断层附近“三软”煤层开采矿压显现规律分析

罗成才 任欣 张永举 张袁仕松 彭首清

摘 要：针对贵州矿区“三软”煤层开采断层附近特殊地质条件下矿压显现异常的问题，采用数值模拟实验的方法，并根据米箩煤矿一采区三条下山东翼110302工作面的现场实际条件，设计并构建了数值模拟模型。模拟分析了“三软”煤层工作面直接顶垮落特征和基本顶破断特征，并计算出工作面初次、周期来压步距;断层附近上覆岩层“三带”发育特征。

关键词：断层附近;三软煤层;矿压显现;数值模拟

1 工程概况

米箩煤矿位于水城县东南部米箩乡，煤的结构及坚硬程度：半亮型煤结构以块状为主，半暗型煤常呈致密状或粒状结构。线理状、透镜状很少。暗淡型和半暗型煤的矿物质往往含量较高，结构致密，显得坚硬。米箩矿井井田范围内含可采及大部分可采煤层15层，米箩矿矿110302工作面井下位于一采区三条下山东翼，开采煤层为上二叠系龙潭煤组上段的11#、13#煤层，回风顺槽标高在+1105.0～+1125.4m;运输顺槽标高在+1058.4～+1076.2m。该工作面开采煤层为1#、3#煤层，1#煤层及3#煤层结构较稳定，1#煤层厚度平均在1.4m左右，3#煤层厚度平均在2.3m左右。

2数值模拟结果分析

2.1工作面矿压显现规律

（1）直接顶垮落特征

工作面推进至距开切眼26.5m时，直接顶与基本顶之间出现离层，并逐步形成了一条长度为10.8m 、最大离层间距为0.1m的水平裂隙，随着工作面的向前推进，裂隙间距不断加大，当推进距工作面28m时，直接顶首先发生部分垮落，一段时间过后，悬空的直接顶（12.25m）全部垮落，垮落长度为36m，垮落角约为62°。直接顶垮落特征如下图1所示。

（2）基本顶破断特征

随着工作面的推进，直接顶不断垮落，基本顶岩梁悬露面积越来越大，接近其极限垮距时，岩梁结构发生破断，基本顶产生初次来压。当工作面推进至距开切眼42.5m时，基本顶发生破断，破断长度为42.5m，破断厚度为10.5m，破断角约为70°，即基本顶初次来压步距约为42.5m。

基本頂初次破断后，工作面继续推进，当推进到距开切眼61.3m时，基本顶发生第一次周期破断，破断长度为27 m，破断厚度为11.2m，破断角约为60°，当推进到距开切眼81m时，基本顶发生第二次周期破断，破断长度为15.5cm，破断厚度为11.2m，破断角约为65°。随着工作面的不断推进，基本顶发生周期性破断，其破断特征为：破断长度为10～27m，破断角为60～70°，破断厚度为11.5m，基本顶周期来压步距为16.8～20m。

2.2 覆岩“三带”范围划分

通过数值模拟结果，模型开挖150m后，通过分析覆岩下沉规律，并结合覆岩破坏结构理论中长壁工作面开采后在采空区形成的“三带”（即垮落带，裂隙带和弯曲下沉带）理论，预测现场工作面覆岩“三带”划分范围为：垮落带范围为主采1#煤层上方第一层砂质泥岩至第二层粉砂岩的一部分，高度约为3.3m;裂隙带范围为垮落带以上第二层粉砂岩，高度为3.3～11m;弯曲下沉带范围为裂隙带以上直至地表层。如图2所示。

参考文献：

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[4]霍丙杰，范张磊，路洋波，等.保护层开采被保护层体积应变与渗透特性相似模拟研究[J].煤炭科学技术，2018，46（7）：19-25.

作者简介：

罗成才（1997.09-），男，汉族，贵州遵义市人，在读本科学生，主要从事采矿工程专业方面的学习和研究

基金项目：贵州省大学生创新创业训练计划项目（2018520997）