四台矿极近间隔 煤层采空区下围岩承压性能模拟分析.docx

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1、四台矿极近间隔煤层采空区下围岩承压性能模拟分析四台矿极近间隔煤层采空区下围岩承压性能模拟分析lvjing导语：随着矿井开采年限的增加，四台矿上组煤层根本采完，已逐步开场转入开采下组煤层。随着矿井开采年限的增加，四台矿上组煤层根本采完，已逐步开场转入开采下组煤层，由于上下煤层层间距大多很近，在开采经过中下部煤层顶板受上部煤层开采的影响很大，掘进及回采经过中的顶板维护困难，在开采11#层404盘区极近间隔煤层的经过中，我们采用理论分析和数值模拟的方法对大同矿区“两硬条件下开采极近间隔煤层进展了研究分析，得出了比拟公道的极近间隔煤层划分及工作面围岩的力学性能和承压性能。1盘区大概情况404盘区所处的

2、开采程度为1045程度，盘区走向长度13401770m，倾斜长度1180m，上部10#层已回采完毕，下部煤层包括11#层和盘区中部1000m段11#层与12-1#层合并层，厚度2074m，平均厚度40m，煤层倾角16，平均3，煤层与10#层层间距04178m，大局部区段为0415m，平均1m，11#层平均埋深为230m。404盘区内地质构造复杂，有陷落柱4个，断层分布较密集。11#层顶板为粉细砂岩互层，层理、节理、裂隙发育，稳定性差，掘进和回采时顶板不易维护，易发生漏顶事故。2数值模拟分析煤层及顶底板力学参数我们以11#层404盘区首采工作面8423工作面的煤层开采条件作为模拟原型，煤层柱状图

3、如图1所示，通过实验室测试煤岩层力学参数见表1所示。模拟范围和边界条件根据现场实际情况确定，采空区冒落的矸石考虑为疏松介质。随着工作面推进，矸石在覆岩作用下逐步被压实，其密度、弹性摸量E和泊松比随时间呈指数变化关系，最终到达恒定值。3上部煤层开采底板岩层塑性屈从特征31根据弹性理论确定底板岩层的塑性屈从特征由于煤层的开采引起回采空间围岩应力重新分布，不仅在回采空间四周的煤体上产生应力集中，而且该应力会向底板深部传递。对于长壁工作面，沿工作面推进方向上的采空区空连续面为矩形，开采高度远远小于开采宽度。在远离采场的地方，竖直方向受原始自重应力q=H的作用，程度方向受原始程度应力q的作用，其中为程度

4、应力系数。利用弹性理论及莫尔库仑准那么，可以求出开采层边沿下方由于应力集中导致的底板岩体塑性屈从深度h该最大值在图2所示采场边沿岩体塑性屈从区域中=-7484时获得负号表示图2中x轴顺时针旋转。上式说明，采场边沿底板岩体最大塑性屈从深度与工作面开采宽度成正比，与岩体中自重应力的平方成正比关系，与岩层自身单轴抗压强度平方成反比关系。岩层的单轴抗压强度受节理、裂隙发育程度的影响较大。四台矿近间隔煤层之间的岩层多为砂岩类，通过实验室煤岩力学测试，得到的此类岩石块体的单轴抗压强度在5526563MPa，岩层的节理裂隙影响系数一般为030055，采场上覆岩层的平均容重为25kN/m3，煤层平均埋深230

5、m，工作面长度为150m，由上式计算得到的极近间隔煤层的间距为418592m之间。32底板岩层塑性屈从特征数值模拟本模型以11#层8423工作面开采条件为模拟原型，建立数值分析模型。经过数值计算得出上部10#层工作面开采后底板应力集中系数分布和塑性屈从区域在距开采层3m的底板截面上，应力峰值在煤壁前577m。在工作面推过后应力由185H急剧降至052HH为原岩应力，应力差高达133H。远分开采层时，应力变化平缓，在深度8m处工作面推进前的最大应力为167H应力峰值在煤壁前759m。工作面推过后的最小应力为065H，应力差为102H。随着采空区逐渐压实，工作眼前前方底板岩层应力有小幅度的升高，如在10m深的截面上，在工作面前方40m处应力可恢复到10H，上述情况是由于采空区冒落矸石逐渐压实后向底板传递的结果，底板应力传递影响角约19。不同位置的竖向剖面上，z的分布不管是在采空区还是工作眼前前方煤体所作的竖向剖面上，z最终都趋于原岩应力。应用莫尔库仑准那么，采用直线型包络线计算底板岩层的剪切塑性屈从区分布。由于底板受工作面超前支承压力影响，采空区下方底板以剪切塑性屈从为主。