“三软”煤层开采矿压显现规律数值模拟的方案设计

石成伟 谢小平 周浩岩 罗成才

摘 要：针对高瓦斯煤层群安全高效开采的问题，为模拟近距离煤层群条件下“三软”煤层开采过程中顶底板煤岩层破裂移动规律，以及随着上保护层工作面推进，下被保护层煤层产生的变形和应力分布特征，据此沙曲煤矿2号薄煤层上保护层22201工作面为现场依据，采用UDEC数值模拟软件，设计了“三软”煤层开采矿压显现规律的数值模拟方案。

关键词：“三软”煤层;矿压显现;岩层移动;数值模拟

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.082

1 工程概况

沙曲煤矿作为上保护层开采的2号煤层位于二叠系下统山西组（P1s），该组为井田内主要含煤地层之一，底部以K3砂岩（相当于太原西山北岔沟砂岩）连续沉积于太原组之上，全组厚42.89～79.92m，平均厚60.80m，其变化为东南、西北部较厚，中部较薄。岩性为深灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、中～细粒砂岩，含煤5～10层，其中2号、3号、4号、5号煤层为大部可采的主要煤层，井田北翼3号、4号煤层合并，称为3+4号煤层。22201工作面是沙曲矿北二采区2号煤的保护层首采面，工作面走向长度约1538m，倾向长150m。平均倾角4°，平均煤厚1.1m，22201工作面布置如图1、图2。

2 “三软”煤层开采数值模拟

2.1 模型建立

六盘水师范学院矿业与土木工程学院实验中心安装了UDEC数值模拟软件、FLAC3D数值模拟软件、RFPA数值模拟软件，为本项目的研究提供了实验保障。此次实验采用UDEC数值模拟软件进行，以现场实际为原型，建立数值模型，模拟“三软”煤层开采过程中覆岩移动规律，及下部煤层围岩变形和应力变化规律。

模拟计算以沙曲煤矿北翼2号煤22201工作面及其采动环境为模型。依据现场实际情况，模型模拟2号煤层采高1.6m，其中割底0.5m，下方3+4号煤层厚度4.12m，间距14m，下方5号煤厚度3.6m，与2号煤间距22.1m。

根据煤岩层综合柱状，确定计算模型采用摩尔—库仑模型。建立的数值分析模型如图3，走向模型尺寸为250×65.1m。

2.2 数值模拟方案设计

模拟的内容围绕模拟的目的进行，本次模拟“三软”煤层开采过程中覆岩移动规律，及下部煤层围岩变形和应力变化规律。为分析煤层回采时的采动裂隙变化情况，自模型右端50m处起向模型左端推进，分别模拟开采五个回采段：30m、60m、90m、120m、150m。在模型中2号、3+4号煤层中部设置观测测线，以观测“三软”煤层开采过程中覆岩移动规律，及下部煤层围岩变形和应力变化规律。

在工作面走向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壓机理[J].煤矿开采，2010（04）：85-86.

[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（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.