上保护层开采后的煤层群应力变化研究
2022-06-09
张季辉①ZHANGJi-hui；何文钦②HEWen-qin
（①贵州邦达能源开发有限公司，六盘水553000；②贵州湘能实业有限公司，六盘水553000）
（①GuizhouBandaEnergyDevelopmentCo.，Ltd.，Liupanshui553000，China；
②GuizhouXiangnengIndustrialCo.，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.Thestudyofthecoalseamgroupstresschangesafterminingtheupperprotectivelayercanbetterdeterminethescopeoftheprotectivelayer.
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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
中图分类号：TD712文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）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300m×300m×185m（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
①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。②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。
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