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，为分析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，构建了数值模拟的力学模型，设计了模拟方案。
关键词：薄煤层；无煤柱开采；卸压效果；数值模
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、数值模拟方案设计
1.构建数值模型
本次研究以该煤矿北翼2号薄煤层上保护层22201倾斜长壁工作面为现场模型。根据该煤矿生产地质条件，2号薄煤层倾角平均为4°，工作面沿倾斜方向推进，建立工作面推进方向的倾斜数值计算模型，模型模拟2号薄煤层厚度为1.1m，采高为1.6m（含割顶板0.5m），伪顶厚0.8 m，直接顶厚6.3 m，基本顶厚12.5 m，埋深500 m，下方3+4号煤层厚度为4.12m，间距为14.0m，下方5号煤层厚度为3.6m，5号煤层与3+4号煤层间距为4.03m。构建倾斜模型尺寸为300×80m（长×高），模型为应力应变数值计算模型，采用位移边界约束，模型下部边界沿 、左右边界沿 的位移速度为0，模型上边界为自由边界，施加上覆岩层的自重载荷为11.53MPa。构建的数值计算倾斜模型如图4-1所示。
以22201工作面沿走向剖面为现场模型，构建北翼煤岩层数值计算模型，如图4-2所示。构建工作面走向模型的尺寸为400×65.1m（长×高），模拟2号薄煤层倾角平均为4°，煤层平均厚度为1.1 m，采高为1.6m（含割顶板0.5m），伪顶厚0.8 m，直接顶厚6.3 m，基本顶厚12.5 m，埋深500 m，下方3+4号煤层厚度为4.12m，间距为14.0m，下方5号煤层厚度为3.6m，5号煤层与3+4号煤层间距为4.03m。
2.模拟方案设计 模拟的内容围绕模拟的目的进行，本次模型主要模拟近距离煤层群2号薄煤层上保护层开采后，煤层倾斜剖面围岩及底板的裂隙发育规律，以及随上保护层工作面推进，下被保护层煤体应力分布和变形特征。沿工作面推进方向，2号薄煤层工作面基本顶的初次垮落步距为31m，周期来压步距为14m，为模拟工作面初次来压前后和周期来压期间围岩及顶底板的裂隙演化和应力、位移变化情况，在沿倾斜推进方向设计了以下5种模拟方案：（1）工作面的推进距离为30m；（2）工作面的推进距离为60m；（3）工作面的推进距离为90m；（4）工作面的推进距离为120m；（5）工作面的推进距离为150m。
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; 数值论文; 模型论文; 厚度论文; 间距论文; 《知识－力量》2020年1月1期论文;