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深井厚冲积层综放面覆岩运动规律模拟研究

2014-07-30贾继宝

山西焦煤科技 2014年10期
关键词:综放规律顶板

贾继宝

(汾西矿业集团 中盛煤业公司,山西 灵石 031309)

1 工作面概况

某矿2301综放工作面在-810水平的二采区,西侧为1#辅助运输大巷保护煤柱,东侧为2302综放工作面,北侧为二采区下山保护煤柱,南侧为村庄保护煤柱。该工作面走向长度为1 627~1 659 m,平均为1 638 m,倾斜长度254 m,面积约410 982 m2,地面标高+44 m,井下标高-790~-850 m。工作面地面投影位置为龙固镇刘庄村北的农田,沙-田高压线(原三-沙线110 kV)斜穿工作面南部。3#煤层的可采指数为1,属于较稳定煤层,煤层倾角3.8°~7.8°,平均5.8°。相关钻孔资料显示,2301综放工作面上覆冲积层厚度大,超过了600 m,地质条件复杂。2301工作面采掘平面图见图1。

图1 2301工作面采掘平面图

2 覆岩运动规律数值模拟

运用FLAC3D数值模拟软件对深井巨厚冲积层下综放工作面的覆岩运动规律进行数值模拟,并通过模拟结果分析深井厚冲积层条件下不同推进距离综放工作面顶板垂向位移的变化规律。经过数值模拟分析得到的结论能够为此类条件下综放工作面的矿压控制提供重要的理论依据。

2.1 FLAC3D数值模型建立

该数值模拟依据2301综放工作面地质柱状图建立,为便于计算分析,模型倾向长度取200 m,走向长度取250 m,冲积层厚度取600 m,左边、右边分别留20 m、40 m过渡区域,煤层厚度取9.00 m。模型顶部受法向均布载荷作用,其大小为上覆自重。数值模型岩层的物理力学参数见表1。

随着综放工作面的不断推进,上覆各岩层破断到一定程度后,会逐渐趋于稳定,稳定时的推进距离约为120 m,推进距离的取值分别为20 m、40 m、60 m、80 m、100 m、120 m,以此来模拟冲积层厚度600 m时的顶板运动规律。

2.2 顶板下沉量模拟及结果分析

冲积层厚度为600 m情况下,推进距离分别取20 m、40 m、60 m、80 m、100 m、120 m,模拟结果见图2。

表1 数值模型岩层的物理力学参数表

由图2可以看出,冲积层厚度600 m不同推进距离条件下,根据煤层顶板23 m处顶板下沉量,得出随工作面推进顶板下沉量存在如下规律:

1) 在一定冲积层厚度下,开采初段开切眼及煤壁处顶板下沉量最小,而采场中部的顶板下沉量最大。顶板垂直方向位移自工作面中部向开切眼与工作面煤壁处逐渐减小。

2) 在一定冲积层厚度下,随工作面推进顶板下沉量逐渐增大,且影响范围也逐渐扩大,影响范围为以采场中部为中心的矩形范围。当推进距离小于工作面长度时,其形状为以工作面倾向方向为长轴,推进方向为短轴的矩形。当推进长度等于工作面倾向长度时,影响范围呈“回”字形;当推进距离大于工作面倾向长度时,则呈现出与推进距离小于工作面斜长时长短轴相反的矩形。

3) 由于3#煤是近水平煤层,因此顶板岩层与3#煤倾斜方向一致。随工作面的推进顶板下沉量逐渐变小。

4) 在不同冲积层厚度下,随着冲积层厚度的增大,工作面顶板下沉量逐渐增大,当冲积层厚度为600 m时,工作面顶板最大下沉量达到253 mm,而在冲积层厚度为400 m和200 m时,顶板最大下沉量分别为173 mm和105 mm,这说明巨厚冲积层下采场顶板相比一般条件下运动更为活跃,其矿压显现也更为显著,这就加大了工作面的支护难度。

a) 工作面推进20 m

b) 工作面推进40 m

c) 工作面推进60 m

d) 工作面推进80 m

e) 工作面推进100 m

f) 工作面推进120 m

2.3 顶板垂直位移模拟及结果分析

当冲积层厚度为600 m时,工作面推进120 m,顶板上方不同位置处上覆岩层破断演化规律见图3。

a) 工作面上方25 m b) 工作面上方33 m

c) 工作面上方52 m d) 工作面上方70 m

e) 工作面上方85 m f) 工作面上方100 m

图3 推进120 m时顶板不同高度垂向位移变化图

在冲积层厚度为600 m的情况下,由图3可以看出:

1) 距离工作面顶板位置越远,顶板下沉量越不明显。

2) 顶板下沉量在工作面中部向两边逐渐递减。

3) 上下端头顶板下沉量成不对称分布,上端头下沉量明显小于下端头。

3 结 论

综放工作面在不同的冲积层厚度下顶板下沉量随着冲积层厚度的增加呈现出逐渐增大的趋势,并且随着工作面的不断推进,支承压力的影响范围和顶板的下沉量也呈现出逐渐增大的趋势;3#煤层及顶底板具有明显的弱冲击倾向性,2301综放工作面在回采过程中面临着潜在的冲击地压等动力灾害威胁。

参 考 文 献

[1]陈 磊.巨厚冲积层薄基岩下开采地表移动规律研究[D].焦作:河南理工大学,2011.

[2]徐乃忠,戴华阳.厚松散层条件下开采沉陷规律及控制研究现状[J].煤矿安全,2008(11):53-55.

[3]刘义新.厚松散层下深部开采覆岩破坏及地表移动规律研究[D].北京:中国矿业大学,2010.

[4]严 红.特厚煤层巷道顶板变形机理与控制技术[D].北京:中国矿业大学,2013.

[5]马立强,张东升,孙广京,等.厚冲积层下大采高综放工作面顶板控制机理与实践[J].煤炭学报,2013(02):199-203.

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