断层附近“三软”煤层开采矿压显现规律数值模拟方案设计

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。为分析“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;模拟分析采动影响下“三软”煤层工作面断层附近超前支承压力随工作面推进的变化规律;断层附近上覆岩层“三带”发育特征，设计了5种数值模拟方案。

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数值模拟方案设计

2.1 模型构建

实验室数值模拟煤层开挖后覆岩破裂移动规律、煤岩体应力和变形分布特征一般采用UDEC数值模拟软件，以米箩煤矿1号煤层110302工作面为现场依据，构建UDEC数值计算模型，模拟分析“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;模拟分析采动影响下“三软”煤层工作面断层附近超前支承压力随工作面推进的变化规律;布置测线，监测正断层附近应力状态;模拟分析采动影响下“三软”煤层工作面断层附近上覆岩层“三带”发育特征。

以米箩煤矿1号煤层110302工作面为现场依据，构建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300×60m（长×高），如图2，模拟1号煤层倾角平均为4°，煤层平均厚度为1.4 m，采高为1.4m，直接顶厚1.75 m，伪底厚0.7 m，埋深约300 m，覆岩荷载施加7.5Mpa，下方2号煤层厚度为2.3m，间距为0.7m。为分析米箩煤矿110302工作面开采过程中通过一逆断层F2时采场矿压显现规律，设计在模型右侧距离边缘30cm处布置开切眼，自断层上盘向断层下盘进行开采，开采至模型左侧240cm处，在模型左侧留宽度为30cm的边界煤柱。模型中逆断层沿开采煤层距离开切眼150cm，断层倾角为45o，落差为2.5cm。 各层煤岩层的物理力学参数见表1。

2.2 数值模拟方案设计

模拟分析“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;模拟分析采动影响下“三软”煤层工作面断层附近超前支承压力随工作面推进的变化规律;布置测线，监测正断层附近应力状态;模拟分析采动影响下“三软”煤层工作面断层附近上覆岩层“三带”发育特征。

沿工作面推进方向，1号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]闫建兵，张东峰，张小强，张佳飞.复采工作面横跨煤柱上覆岩层运移规律研究[J].矿业安全与环保，2018，45（5）：37-41.

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[3]苏涛，梁冰，李刚.晋华宫矿多煤层开采围岩运动规律模拟与试验研究[J].矿业安全与环保，2018，45（2）：30-35.

[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）