石成偉 謝小平 周浩巖 羅成才

摘 要：針對高瓦斯煤層群安全高效開采的問題，為模擬近距離煤層群條件下“三軟”煤層開采過程中頂?shù)装迕簬r層破裂移動規(guī)律，以及隨著上保護(hù)層工作面推進(jìn)，下被保護(hù)層煤層產(chǎn)生的變形和應(yīng)力分布特征，據(jù)此沙曲煤礦2號薄煤層上保護(hù)層22201工作面為現(xiàn)場依據(jù)，采用UDEC數(shù)值模擬軟件，設(shè)計(jì)了“三軟”煤層開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的數(shù)值模擬方案。

關(guān)鍵詞：“三軟”煤層;礦壓顯現(xiàn);巖層移動;數(shù)值模擬

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

1 工程概況

沙曲煤礦作為上保護(hù)層開采的2號煤層位于二疊系下統(tǒng)山西組（P1s），該組為井田內(nèi)主要含煤地層之一，底部以K3砂巖（相當(dāng)于太原西山北岔溝砂巖）連續(xù)沉積于太原組之上，全組厚42.89～79.92m，平均厚60.80m，其變化為東南、西北部較厚，中部較薄。巖性為深灰、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、中～細(xì)粒砂巖，含煤5～10層，其中2號、3號、4號、5號煤層為大部可采的主要煤層，井田北翼3號、4號煤層合并，稱為3+4號煤層。22201工作面是沙曲礦北二采區(qū)2號煤的保護(hù)層首采面，工作面走向長度約1538m，傾向長150m。平均傾角4°，平均煤厚1.1m，22201工作面布置如圖1、圖2。

2 “三軟”煤層開采數(shù)值模擬

2.1 模型建立

六盤水師范學(xué)院礦業(yè)與土木工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心安裝了UDEC數(shù)值模擬軟件、FLAC3D數(shù)值模擬軟件、RFPA數(shù)值模擬軟件，為本項(xiàng)目的研究提供了實(shí)驗(yàn)保障。此次實(shí)驗(yàn)采用UDEC數(shù)值模擬軟件進(jìn)行，以現(xiàn)場實(shí)際為原型，建立數(shù)值模型，模擬“三軟”煤層開采過程中覆巖移動規(guī)律，及下部煤層圍巖變形和應(yīng)力變化規(guī)律。

模擬計(jì)算以沙曲煤礦北翼2號煤22201工作面及其采動環(huán)境為模型。依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，模型模擬2號煤層采高1.6m，其中割底0.5m，下方3+4號煤層厚度4.12m，間距14m，下方5號煤厚度3.6m，與2號煤間距22.1m。

根據(jù)煤巖層綜合柱狀，確定計(jì)算模型采用摩爾—庫侖模型。建立的數(shù)值分析模型如圖3，走向模型尺寸為250×65.1m。

2.2 數(shù)值模擬方案設(shè)計(jì)

模擬的內(nèi)容圍繞模擬的目的進(jìn)行，本次模擬“三軟”煤層開采過程中覆巖移動規(guī)律，及下部煤層圍巖變形和應(yīng)力變化規(guī)律。為分析煤層回采時(shí)的采動裂隙變化情況，自模型右端50m處起向模型左端推進(jìn)，分別模擬開采五個(gè)回采段：30m、60m、90m、120m、150m。在模型中2號、3+4號煤層中部設(shè)置觀測測線，以觀測“三軟”煤層開采過程中覆巖移動規(guī)律，及下部煤層圍巖變形和應(yīng)力變化規(guī)律。

在工作面走向推進(jìn)方向設(shè)計(jì)了以下5種模擬方案：（1）工作面的推進(jìn)距離為30m;（2）工作面的推進(jìn)距離為60m;（3）工作面的推進(jìn)距離為90m;（4）工作面的推進(jìn)距離為120m;（5）工作面的推進(jìn)距離為150m。

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