基金项目：本文系2019年大学生创新创业计划训练项目“半煤岩上保护层卸压开采效果的数值模拟试验研究”
编号（20195201498）
摘要：针对典型矿区高瓦斯煤层群安全高效开采的问题，采用数值模拟软件UDEC4.0来进行试验，半煤岩上保护层卸压开采效果的数值模拟试验研究的关键是运用UDEC4.0数值模拟软件对薄煤层上保护层开采的采场应力场特征及工作面矿压显现规律、上覆岩层活动机理、薄煤层半煤岩不同采高与下保护层卸压开采的卸压范围之间的关系以及卸压保护效果进行模拟研究分析，进而为薄煤层半煤岩上保护层卸压开采技术现场应用效果提供理论依据。
关键词：薄煤层；无煤柱开采；卸压效果；数值模拟
一、工程概况
某煤矿工业场地距县城约5km，井田走向长22km，倾斜宽4.5～8km，面积约135km2。全井田地质储量2252.28Mt，工业储量2013.72Mt，可采储量1275.74Mt。设计生产能力3.0Mt/a，后经过技术改造生产能力提升为5.0Mt/a。矿井目前生产水平为+400m水平。井田共含煤17层，煤层总厚19.42m，含煤系数12.4%；其中可采及局部可采煤层8层，分别是2号、3号、4号、5号煤层和6号、8号、9号、10号煤层，煤层以焦煤为主，总厚度15.4m。该煤矿井北翼2、3+4、5号煤层间距较近，2号薄煤层赋存于该中部，可采厚度0.70～1.46m，平均厚度1.1m，下距离3+4号煤平均14.0m。3+4号混合煤层厚度合并厚度平均4.12m，下距离5号煤平均4.03m。
二、数值模拟结果分析
1.下被保护层3+4号煤层变形及应力规律分析
在模型坐标50m处为开切眼，模拟2号薄煤层工作面推进30m、60m、90m、120m、150m五个阶段的3+4号被保护层的移动变形和煤层应力变化规律，观测线设在3+4号煤层中部。2号薄煤层上保护层工作面开采过程中3+4号煤层垂直位移的变化规律如图4-10所示，3+4号煤层的垂直应力变化规律如图4-11所示，3+4号煤层水平应力的变化规律如图4-12所示。
从上图1中可以看出，在开切眼外侧和工作面前方底板3+4号煤层的垂直位移为负值，说明此处煤层的各点下沉，而在采空区中部底板的垂直位移为正值，说明此处底板的各点上升。3+4号煤层垂直位移曲线大致呈现“W”字形，左右大致对称，并不断向前移动演化，最大上升量达到85mm，发生在采空区底板中部，最大下沉量为38mm，发生在开切眼外侧和工作面前方附近；随着工作面的不断推进，形成采空区的长度不断增大，3+4号煤层垂直位移量和范围也逐渐增大，在工作面推进150m时，煤层上升量和下沉量最大，下沉量峰值产生在距离开切眼外侧和工作面前方约25m处，上升量峰值产生在开切眼内侧至工作面后方30m范围。
2.下保护层5号煤层变形及应力规律分析
在模型坐标50m处为开切眼，模拟2号薄煤层工作面推进30m、60m、90m、120m、150m五个阶段的5号被保护层的移动变形和煤层应力规律，观测线设在5号煤层中部。2号薄煤层工作面推进过程中5号煤层垂直位移的变化规律如图4-13 所示， 5号煤层的垂直应力变化规律如图4-14所示，5号煤层水平应力的变化规律如图4-15所示。
从上图2中可以看出，在开切眼外侧和工作面前方底板5号煤层的垂直位移为负值，说明此处煤层的各点下沉，而在采空区中部底板的垂直位移为正值，说明此处底板的各点上升。5号煤层垂直位移曲线大致呈现“W”字形，左右大致对称，并不断向前移动演化，最大上升量达到54mm，发生在采空区底板中部，最大下沉量为16mm，发生在开切眼外侧和工作面前方附近；随着工作面的不断推进，形成采空区的长度不断增大，5号煤层垂直位移量和范围也逐渐增大，在工作面推进150m时，煤层上升量和下沉量最大，下沉量峰值产生在距离开切眼外侧和工作面前方约25m处，上升量峰值产生在开切眼内侧至工作面后方30m范围。
参考文献
[1]秦子晗,潘俊锋,任勇.薄煤层作为保护层开采的卸压机理[J].煤矿开采,2010,15(02):85-86+106.
[2]杨柳.上保护层开采卸压数值模拟与保护效果考察[J].煤矿安全,2011,42(07):129-131.
[3]王金安，王树仁，冯锦艳，等．岩土工程数值计算方法实用教程[M]．福建：科学出版社，2010
论文作者:袁仕松 彭首清 罗成才 任欣 张永举
论文发表刊物:《知识－力量》2020年1月1期
论文发表时间:2020/3/27
标签：煤层论文; 工作面论文; 保护层论文; 位移论文; 采空区论文; 底板论文; 应力论文; 《知识－力量》2020年1月1期论文;