“三軟”煤層開采礦壓顯現規律數值模擬的方案設計

石成偉 謝小平 周浩巖 羅成才

摘 要：針對高瓦斯煤層群安全高效開采的問題，為模擬近距離煤層群條件下“三軟”煤層開采過程中頂底板煤巖層破裂移動規律，以及隨著上保護層工作面推進，下被保護層煤層產生的變形和應力分布特征，據此沙曲煤礦2號薄煤層上保護層22201工作面為現場依據，采用UDEC數值模擬軟件，設計了“三軟”煤層開采礦壓顯現規律的數值模擬方案。

關鍵詞：“三軟”煤層;礦壓顯現;巖層移動;數值模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.082

1 工程概況

沙曲煤礦作為上保護層開采的2號煤層位于二疊系下統山西組（P1s），該組為井田內主要含煤地層之一，底部以K3砂巖（相當于太原西山北岔溝砂巖）連續沉積于太原組之上，全組厚42.89～79.92m，平均厚60.80m，其變化為東南、西北部較厚，中部較薄。巖性為深灰、灰黑色泥巖、砂質泥巖、粉砂巖、中～細粒砂巖，含煤5～10層，其中2號、3號、4號、5號煤層為大部可采的主要煤層，井田北翼3號、4號煤層合并，稱為3+4號煤層。22201工作面是沙曲礦北二采區2號煤的保護層首采面，工作面走向長度約1538m，傾向長150m。平均傾角4°，平均煤厚1.1m，22201工作面布置如圖1、圖2。

2 “三軟”煤層開采數值模擬

2.1 模型建立

六盤水師范學院礦業與土木工程學院實驗中心安裝了UDEC數值模擬軟件、FLAC3D數值模擬軟件、RFPA數值模擬軟件，為本項目的研究提供了實驗保障。此次實驗采用UDEC數值模擬軟件進行，以現場實際為原型，建立數值模型，模擬“三軟”煤層開采過程中覆巖移動規律，及下部煤層圍巖變形和應力變化規律。

模擬計算以沙曲煤礦北翼2號煤22201工作面及其采動環境為模型。依據現場實際情況，模型模擬2號煤層采高1.6m，其中割底0.5m，下方3+4號煤層厚度4.12m，間距14m，下方5號煤厚度3.6m，與2號煤間距22.1m。

根據煤巖層綜合柱狀，確定計算模型采用摩爾—庫侖模型。建立的數值分析模型如圖3，走向模型尺寸為250×65.1m。

2.2 數值模擬方案設計

模擬的內容圍繞模擬的目的進行，本次模擬“三軟”煤層開采過程中覆巖移動規律，及下部煤層圍巖變形和應力變化規律。為分析煤層回采時的采動裂隙變化情況，自模型右端50m處起向模型左端推進，分別模擬開采五個回采段：30m、60m、90m、120m、150m。在模型中2號、3+4號煤層中部設置觀測測線，以觀測“三軟”煤層開采過程中覆巖移動規律，及下部煤層圍巖變形和應力變化規律。

在工作面走向推進方向設計了以下5種模擬方案：（1）工作面的推進距離為30m;（2）工作面的推進距離為60m;（3）工作面的推進距離為90m;（4）工作面的推進距離為120m;（5）工作面的推進距離為150m。

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