斷層附近“三軟”煤層開采礦壓顯現規律數值模擬方案設計

羅成才 任欣 張永舉 張袁仕松 彭首清

摘 要：針對貴州礦區“三軟”煤層開采斷層附近特殊地質條件下礦壓顯現異常的問題，采用數值模擬實驗的方法，并根據米籮煤礦一采區三條下山東翼110302工作面的現場實際條件，設計并構建了數值模擬模型。為分析“三軟”煤層工作面直接頂垮落特征和基本頂破斷特征，并計算出工作面初次、周期來壓步距;模擬分析采動影響下“三軟”煤層工作面斷層附近超前支承壓力隨工作面推進的變化規律;斷層附近上覆巖層“三帶”發育特征，設計了5種數值模擬方案。

關鍵詞：斷層附近;三軟煤層;礦壓顯現;數值模擬

1 工程概況

米籮煤礦位于水城縣東南部米籮鄉，煤的結構及堅硬程度：半亮型煤結構以塊狀為主，半暗型煤常呈致密狀或粒狀結構。線理狀、透鏡狀很少。暗淡型和半暗型煤的礦物質往往含量較高，結構致密，顯得堅硬。米籮礦井井田范圍內含可采及大部分可采煤層15層，米籮礦礦110302工作面井下位于一采區三條下山東翼，開采煤層為上二疊系龍潭煤組上段的11#、13#煤層，回風順槽標高在+1105.0～+1125.4m;運輸順槽標高在+1058.4～+1076.2m。該工作面開采煤層為1#、3#煤層，1#煤層及3#煤層結構較穩定，1#煤層厚度平均在1.4m左右，3#煤層厚度平均在2.3m左右。

2數值模擬方案設計

2.1 模型構建

實驗室數值模擬煤層開挖后覆巖破裂移動規律、煤巖體應力和變形分布特征一般采用UDEC數值模擬軟件，以米籮煤礦1號煤層110302工作面為現場依據，構建UDEC數值計算模型，模擬分析“三軟”煤層工作面直接頂垮落特征和基本頂破斷特征，并計算出工作面初次、周期來壓步距;模擬分析采動影響下“三軟”煤層工作面斷層附近超前支承壓力隨工作面推進的變化規律;布置測線，監測正斷層附近應力狀態;模擬分析采動影響下“三軟”煤層工作面斷層附近上覆巖層“三帶”發育特征。

以米籮煤礦1號煤層110302工作面為現場依據，構建煤巖層數值計算模型，如圖4-2所示。構建工作面走向模型的尺寸為300×60m（長×高），如圖2，模擬1號煤層傾角平均為4°，煤層平均厚度為1.4 m，采高為1.4m，直接頂厚1.75 m，偽底厚0.7 m，埋深約300 m，覆巖荷載施加7.5Mpa，下方2號煤層厚度為2.3m，間距為0.7m。為分析米籮煤礦110302工作面開采過程中通過一逆斷層F2時采場礦壓顯現規律，設計在模型右側距離邊緣30cm處布置開切眼，自斷層上盤向斷層下盤進行開采，開采至模型左側240cm處，在模型左側留寬度為30cm的邊界煤柱。模型中逆斷層沿開采煤層距離開切眼150cm，斷層傾角為45o，落差為2.5cm。 各層煤巖層的物理力學參數見表1。

2.2 數值模擬方案設計

模擬分析“三軟”煤層工作面直接頂垮落特征和基本頂破斷特征，并計算出工作面初次、周期來壓步距;模擬分析采動影響下“三軟”煤層工作面斷層附近超前支承壓力隨工作面推進的變化規律;布置測線，監測正斷層附近應力狀態;模擬分析采動影響下“三軟”煤層工作面斷層附近上覆巖層“三帶”發育特征。

沿工作面推進方向，1號煤層工作面基本頂的初次垮落步距為31m，周期來壓步距為14m，為模擬工作面初次來壓前后和周期來壓期間圍巖及頂底板的裂隙演化和應力、位移變化情況，在沿傾斜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。

參考文獻：

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作者簡介：

羅成才（1997.09-），男，漢族，貴州遵義市人，在讀本科學生，主要從事采礦工程專業方面的學習和研究

基金項目：貴州省大學生創新創業訓練計劃項目（2018520997）