急傾斜煤層頂板運(yùn)動規(guī)律數(shù)值模擬

李涵，宓劍，蔡立柱，陳靜

1沈陽歐施盾新材料科技有限公司；2北京黎明航發(fā)動力科技有限公司沈陽黎明燃機(jī)分公司

急傾斜煤層頂板運(yùn)動規(guī)律數(shù)值模擬

李涵1，宓劍2，蔡立柱1，陳靜1

1沈陽歐施盾新材料科技有限公司；2北京黎明航發(fā)動力科技有限公司沈陽黎明燃機(jī)分公司

為得出急傾斜煤層頂板運(yùn)動規(guī)律，針對長溝峪煤礦急傾斜煤層，應(yīng)用ANSYS有限元軟件進(jìn)行開采數(shù)值模擬，得出-220～-300m急傾斜煤層開采后：(1)-220m煤層壁為壓縮狀態(tài)，煤層應(yīng)力超過其單向壓縮強(qiáng)度，煤層壁會一直垮落下去，一直向上延伸。(2)-220m煤層壁開采后，煤層壁就會垮落，當(dāng)跨落到B區(qū)域，對-130m石門影響很小。當(dāng)跨落到C區(qū)域，對-130m石門就有很大影響，這就導(dǎo)致很難對石門采取措維護(hù)施。急傾斜煤柱開采模擬對對開采具有一定的指導(dǎo)意義。

急傾斜煤層；數(shù)值模擬；有限元模型

1 引言

急傾斜煤層問題一直是煤炭開采的難題，急傾斜煤層頂板運(yùn)動規(guī)律復(fù)雜，對急傾斜煤層開采構(gòu)成嚴(yán)重影響。本文以長溝峪煤礦-220~-300m水平急傾斜煤層開采為工程背景[1-4]，采用數(shù)值模擬的方法，建立數(shù)值模擬計算模型，選用ANSYS[5]軟件進(jìn)行數(shù)值分析，對煤層開采過程進(jìn)行模擬分析，得出了開采急傾斜煤層條件下頂板變形破壞規(guī)律[6]，為急傾斜煤層開采提供了必要的理論依據(jù)。

2 頂板運(yùn)動規(guī)律的數(shù)值模擬

2.1 計算參數(shù)的選取

煤層厚度：0.3~3.6m，平均煤層厚度3.0m，煤層傾角：43°~65°，平均傾角55°。

2.2 模擬試驗說明

（1）模型尺寸：橫向189m，縱向200m，上覆巖層壓力為14.5MPa。煤層開挖位置圖如圖1所示。

（2）對模型左右邊界加載X方向約束，下邊

界加載固定端約束，上邊界加載均布載荷，載荷大小為上覆巖層重量，并將整個模型體的自重考慮在內(nèi)。

（3）開挖過程：先開采A區(qū)域，在此基礎(chǔ)上觀察煤柱跨落到B區(qū)域、C區(qū)域?qū)?130m石門的影響。

3 結(jié)果分析

建立有限元數(shù)值模型，模擬開采A（-300米～-220米之間）區(qū)域后，煤層垮落到B（-220米）區(qū)域、C（-220米以上）區(qū)域?qū)?130m水平石門的影響。

-220~-300m急傾斜煤層開采后，-220m煤層壁為壓縮狀態(tài)，煤層壁會一直垮落下去，一直向上延伸。煤層開采后對-130m石門影響很小，可以保持現(xiàn)狀。

圖1、圖2為煤層垮落到B、C區(qū)域應(yīng)力圖。

從圖1、圖2可以看出：-220~-300m水平煤層開采后，-220m煤層壁為單向壓縮狀態(tài)，當(dāng)其應(yīng)力超過煤的單向抗壓強(qiáng)度，煤層就會垮落。

1）當(dāng)跨落到B區(qū)域，對-130m石門影響很小。

2）當(dāng)跨落到C區(qū)域，對-130m石門有很大影響，這就導(dǎo)致很難對石門采取措維護(hù)施

4 結(jié)論

本文采用ANSYS數(shù)值模擬軟件對急傾斜煤層開采行數(shù)值仿真，得出了如下結(jié)論：

(1)急傾斜煤層開采，對于不同的煤層，上部頂?shù)装宓钠茐姆秶笥谙虏宽數(shù)装宓钠茐姆秶?/p>

(2)采空區(qū)頂?shù)装宕嬖谝欢ǖ膽?yīng)力降低區(qū)。應(yīng)力在頂板方向趨向于開采區(qū)的上山方向，在底板方向趨向于開采區(qū)的下山方向。開采區(qū)下山方向頂板豎直應(yīng)力較高，有利于頂板巖層的正常垮落。

(3)當(dāng)垮落到C區(qū)域時，對對-130m石門有很大影響，所以開采時要注意該區(qū)域的處理措施。

[1]王永秀,齊慶新.煤柱應(yīng)力分布規(guī)律的數(shù)值模擬分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2004,3(10):59-62.

[2]邰英樓,王來貴,張明海.頂、底板受拉應(yīng)力型沖擊地壓機(jī)理及數(shù)學(xué)模型[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2002,6(5):42-47.

[3]關(guān)杰,孫可明,朱月明.急傾斜煤層開采解放層防治沖擊地壓數(shù)值模擬[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2002,21(4):25-29.

[4]潘一山,徐秉業(yè).沖擊地壓定量預(yù)測的研究[J].煤礦開采, 1998,9(3):35-38.

[5]王國強(qiáng).實用工程數(shù)值模擬技術(shù)及其在ANSYS上的實踐[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2000.

[6]李忠華,潘一山.鉆屑法孔壁破坍失穩(wěn)現(xiàn)象研究