上保护层开采后的煤层群应力变化研究.doc

上保护层开采后的煤层群应力变化研究 张季辉ZHANGJi-hui；何文钦HEWen-qin （贵州邦达能源开发有限公司，六盘水553000；贵州湘能实业有限公司，六盘水553000） （GuizhouBandaEnergyDevelopmentCo.，Ltd.，Liupanshui553000，China； GuizhouXiangnengIndustrialCo.，Ltd.，Liupanshui553000，China） 摘要：对贵州某煤与瓦斯突出矿井建立FLAC3D模型进行分析，沿走向在中间部分的应力减小，在开切眼和收作线的应力增大；沿走向方向，煤层开挖到100m和150m的时候煤层的卸压范围最大，开挖200m时候卸压区范围有所减小。通过对上保护层开采后的煤层群应力变化进行研究，可以更好的确定保护层保护范围。 Abstract:ThispaperanalyzestheFLAC3DmodelofcoalandgasoutburstwellofoneGuizhoumine.Alongthestrikedirection,thestressofthemiddlepartisdecreasing,andthestressofopen-offcutandincorporatedlineisincreasing;alongthestrikedirection,whentheexcavationto100mand150m,thereliefscopeofcoallayeristhelargest,andwhentothe200m,thereliefscopeisdecreased.Thestudyofthecoalseamgroupstresschangesafterminingtheupperprotectivelayercanbetterdetermihescopeoftheprotectivelayer. 关键词：上保护层；应力；数值分析；煤与瓦斯突出；瓦斯抽放 Keywords:upperprotectivelayer；stress；numericalanalysis；coalandgasoutburst；gasdrainage ：TD712：A：1006-4311（xx）21-0107-02 0引言 随着矿井开采深度的延伸，煤层瓦斯突出危险性将逐步增大，瓦斯作为煤矿5大灾害之一，严重威胁着矿井的安全生产，制约着矿井发展。实践开采表明，保护层仍然是最有效、最经济的煤与瓦斯突出矿井灾害防治措施。而保护层开采最重要的是确定保护层保护范围，运用数值模拟的方式对上保护层开采后的煤层群应力变化进行研究，可有效确定保护层保护范围，实现煤矿安全高效开采。 1概况 贵州某煤矿为煤与瓦斯突出矿井，矿井内可采煤层为1#、3#、5#、7#煤层，1101工作面为首采工作面，该采面处在一采区井筒南翼，上覆无可采煤层，工作面煤层平均厚度为1.5m。煤层的顶底板岩性见表1。 2数值分析 2.1建立数值模型 运用FLAC3D数值模量软件对保护层开采后的应力变化进行分析。首先建立FLAC3D模型，由于计算机的配置原因，网格划分不能很密，但能反映保护层开采后的应力变化。模型尺寸为300m300m185m（长宽高），网格划分为长20个，宽20个，高62个，模型网格总数为27783，节点总数为24800，模型上部边界离地表200m，垂直应力取5MPa。数值计算模型见图1，本构模型选择摩尔库伦模型，力学性质见表2。 2.2数值模拟结果分析 2.2.1沿倾向应力变化分析 煤层沿倾向开挖100m，从图2中可以看出，煤层在中间部分的应力减小，为主要卸压区。在开切眼和收作线的应力增大，在开切眼处的应力值最大，达到11.9MPa。 2.2.2沿走向应力变化分析 图3、图4、图5、图6分别为保护层工作面开挖50m、100m、150m、200m后的应力云图。 从图3可以看出，保护层顶底板出现一定范围的卸压区，但是此时的卸压区比较小，卸压的程度不大。此时，最小应力为2.03MPa，最大应力为10.64MPa。 从图4可以看出，保护层顶底板的卸压区范围逐渐扩大，此时的煤层透气性逐渐增大，最小应力为3.71MPa，最大应力为10.89MPa。 从图5可以看出，保护层顶底板的卸压区范围进一步扩大，但是采空区后部出现了应力恢复区，煤层的透气性相应的减小，但是仍然处于卸压增透范围。此时最小应力为3.87MPa，最大应力为10.79MPa。 从图6可以看出，保护层顶底板的卸压区范围有所降低，应力逐渐增加，透气性相应减小。 3结论 建立数值模型进行分析，煤层沿倾向在中间部分的应力减小，为主要卸压区。在开切眼和收作线的应力增大，在开切眼处的应力值最大，达到11.9MPa。沿走向方向，煤层开挖到100m和150m的时候煤层的卸压范围最大，开挖200m时候卸压区范围有所减小。通过对上保护层开采后的煤层群应力变化进行研究，可以更好地确定保护层保护范围。 参考文献： 1石必明，刘泽功.保护层开采上覆煤层变形特性数值模拟J.煤炭学报，xx，33（1）：17-22. 2赵启峰，孟祥瑞，刘庆林.采动过程中底板岩层变形破坏与损伤机理分析J.煤炭学报，xx，4：12-16. 3胡国忠，王宏图，范晓刚.急倾斜俯伪斜上保护层保护范围的三维数值模拟J.岩石力学与