不同傾角煤層區(qū)段煤柱圍巖變形數(shù)值模擬研究

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1、山西煤炭SHANXlMEITAN第33卷第12期文章編號(hào)：1672—5050(2013)12—0028—04不同傾角煤層區(qū)段煤柱圍巖變形數(shù)值模擬研究劉聚友，張伏龍，樊自輝，張波(河南大有能源股份有限公司耿村煤礦，河南澠池472431)摘要：以平煤集團(tuán)十三礦為地質(zhì)背景，利用數(shù)值模擬手段，研究不同傾角煤層區(qū)段煤柱圍巖變形特征。研究表明：隨著煤層傾角的增大，區(qū)段煤柱應(yīng)力峰值距煤壁的距離、塑性區(qū)寬度、圍巖變形量均減??；傾斜煤層煤柱兩側(cè)變形呈不對(duì)稱(chēng)分布，煤柱下幫圍巖變形量大于煤柱上幫；并且煤層傾角越大，煤柱變形不對(duì)稱(chēng)性越

2、明顯。關(guān)鍵詞：不同傾角；區(qū)段煤柱；數(shù)值模擬；圍巖變形中圖分類(lèi)號(hào)：TD822．3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1不同傾角煤層區(qū)段煤柱圍巖變形的的頂邊界采用應(yīng)力邊界，應(yīng)力為上覆巖層重力產(chǎn)生的均布載荷。數(shù)值模擬表1數(shù)值模擬中巖層力學(xué)參數(shù)1．1模型的條件選取巖性體積模量剪切模量?jī)?nèi)聚力內(nèi)摩擦角體積力以平煤某礦己二采區(qū)12020(上)為對(duì)象，據(jù)其煤層／GPa／GPa／MPa／(。)／(kg·m。)頂?shù)装鍘r層柱狀資料的煤與巖石物理力學(xué)參數(shù)，對(duì)該區(qū)細(xì)沙巖28．3l3．8233L2500段工作面進(jìn)行模擬。粉砂巖38．219．722．636250

3、01)模型初始條件選取。地質(zhì)資料顯示，12020(上)區(qū)中砂巖25．6232327-325O0段平均埋深260Iq[1，考慮模擬運(yùn)算的合理性，共模擬煤泥巖7．91-273l4．82400層上方10層巖層，累計(jì)厚度60m，其余未模擬出的部煤O．561．631．8l24．81400分采取應(yīng)力加載，各巖層力學(xué)參數(shù)參考，如表1所示。假設(shè)模擬區(qū)段內(nèi)各層內(nèi)部為連續(xù)介質(zhì)，開(kāi)采模型視為平面土上上土上上上上應(yīng)變模型。在初始應(yīng)力場(chǎng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)材料的力學(xué)特性，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的力學(xué)模型。本節(jié)數(shù)值模擬研究中，為準(zhǔn)確反映現(xiàn)場(chǎng)巖體實(shí)際，采用以

4、下方法描述煤巖體原位力學(xué)特征：煤巖的平均彈性模量取為實(shí)驗(yàn)室測(cè)試值的24％；頂?shù)装鍘r體的彈性模量取為實(shí)驗(yàn)室?guī)r塊測(cè)試值的1／3；煤巖體的內(nèi)摩擦角和泊松比大小取為實(shí)驗(yàn)室i貝4試值；煤巖體的內(nèi)聚力等于圖1模擬的邊界條件巖塊測(cè)試值的15％。1．2模型的建立2)模型的邊界條件，見(jiàn)圖1。模型邊界均施加水平1)模擬方案。不同傾角煤層工作面回采引起的覆巖位移約束，邊界水平位移為零，至允許邊界結(jié)點(diǎn)沿垂直運(yùn)動(dòng)特征不同，導(dǎo)致側(cè)向支承壓力分布特征不同，采空方向運(yùn)動(dòng)。底邊界均施加水平位移及垂直位移約束，底區(qū)邊緣煤體破裂程度不同，合理區(qū)段煤

5、柱寬度的要求不部邊界結(jié)點(diǎn)水平位移、垂直位移均為零。底邊界限制豎同。利用UDEC數(shù)值模擬軟件，以十三礦12020與直方向位移，但可左右移動(dòng)；左、右邊界限制左右移動(dòng)，12020(上)之間的區(qū)段煤柱為背景，研究煤層傾角為但可上下移動(dòng)，即左右、底邊界采用單向滾動(dòng)控制，使0。、15。、30。和45。情況下，煤柱寬度為6131、8in、10邊界巖體不至于影響內(nèi)部巖體的應(yīng)力迭代計(jì)算。模型ITI、12m、14m和16m時(shí)，上區(qū)段工作回采、本區(qū)段回風(fēng)收稿日期：2013-08—27作者簡(jiǎn)介：劉聚友(1985一)，男，河南商城人，大

6、學(xué)本科，助理工程師，從事沖擊地壓防治技術(shù)管理及研究工作。28山西煤炭SHANXlMEITAN第33卷第12期[2]肖保軍．我國(guó)煤礦安全事故頻發(fā)的思考lJJ_煤礦安全，2005，36(7)：52—55．[3]李守國(guó)．采空區(qū)瓦斯涌出運(yùn)移分布規(guī)律分析[J】．煤礦安全，2006(11)：21-22．【4]王軍杰．工作面采落煤瓦斯涌出規(guī)律研究【JJ．內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2012(9)：60—61．【5】張洪力．瓦斯綜合治理技術(shù)在平煤十礦的應(yīng)用fJ1．中州煤炭，2007(6)：90—91．】張文昌，張軍．提高本煤層瓦斯抽放效果

7、的途徑【JJ_礦業(yè)快報(bào)，2008，6f6)：100—101．【7】姜文忠，秦玉金．平頂山礦區(qū)煤層瓦斯合理預(yù)抽期的研究【JJ．煤礦安全，2001(12)：8-10GasDrainageTechnologywjthCrossDrillonFully-mechanizedWorkingFaceWUZhi，2(1．TaiyuanUniversityofTechnology，Taiynan030024，China；2．ShuozhouBranchofShanxiCoalSalesandTransportationGrou

8、p，Shuozhou036001，China)Abstract：Basedonthefeaturesofgasmigrationandemissiononthefully—mechanicalworkingface，thestudyproposedcrossdrillforgasdrainage．Onthedeterminationofdrillingparameters，includ