薄煤層無煤柱開采全面卸壓數值模擬的方案設計

宋義華 謝小平 管育春 張權坤

摘 要：針對高瓦斯煤層群安全高效開采的問題，為模擬煤層群在近距離條件下較薄煤層開采上保護層過程中煤層的頂底板在煤巖層的破裂情況和移動規律，以及在隨著薄煤層上保護層開采工作面的推進，煤層下部的被保護煤層產生的位移變形和應力變化的分布特征，進而分析留煤柱和無煤柱開采時下覆煤巖層的卸壓效果，據此盛遠煤礦4號較薄煤層上保護層40403工作面為現場依據，采用UDEC數值模擬軟件，設計了薄煤層無煤柱開采數值模擬方案。

關鍵詞：薄煤層;無煤柱開采;全面卸壓;數值模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.087

1 工程概況

以設計生產能力為90萬t/年的貴州盛遠煤礦為例，貴州盛遠煤礦位于六盤水市鐘山區大灣鎮，礦井的服務年限為79年。2號、4號、7號、8號、9號、11號煤層，這6層為可采及局部可采煤層。對貴州盛遠煤礦4號較薄煤層上保護層的40403工作面情況進行模擬試驗，工作面以400米為平均走向長度，118米為平均傾斜長度。主要開采盛遠煤礦4號較薄煤層，4號煤層厚度在1.07米到2.47米之間， 平均煤厚在1.66米左右，4號煤層的傾角在7°到11°之間，平均煤傾角在9°左右，為近水平煤層，容重1.5t/m3，產狀較穩定，受斷層影響較小。4號煤層底板主要為灰色砂質泥巖或細砂巖，厚度在0到11.8米之間，一般平均在5.22米左右;頂板則是以灰色泥巖或者以深灰色砂質泥巖為主的巖層，頂板的厚度約在0.25米到12.78米之間，一般平均在4.62米左右。

2 無煤柱開采煤層全面卸壓理論基礎

貴州盛遠煤礦具有高瓦斯、透氣性低的特點，它突出的危險性很高。以盛遠煤礦4號較薄煤層為現場依據，為提高4號煤層下部7號、8號、9號、11號煤層瓦斯的預先抽采效果，以及為實現在7號、8號、9號、11號煤層中對煤層的突出危險性進行卸壓防突，所以研究確定了對貴州盛遠煤礦4號較薄煤層進行上保護層無煤柱開采，所采用技術為切頂卸壓一次成巷技術，一次成巷具有安全、速度快、質量好、成本低等特點。以此來提高下部7號、8號、9號、11號煤層預抽瓦斯的效果和實現下部突出危險性煤層的卸壓防突。

根據圖1（a）、（b）分析可得，若上保護層工作面留設區段煤柱，由于采空區受應力變化規律的影響，而使采空部分的下方煤層的應力變化得到下降，進而在下方煤層形成了具有卸壓效果一定范圍區域;而在留設區段煤柱下方的煤層受應力變化的規律較大，故應力就會向煤柱下方煤層集中，所受到的應力也會大大升高，應力升高的這一區域叫做應力集中區（又稱卸壓盲區）。

3 薄煤層上保護層開采數值模擬

3.1 模型建立

模型建立采用UDEC4.0數值模擬軟件進行，盛遠煤礦4號煤層為現場地質條件，以盛遠煤礦4號較薄煤層上保護層40403工作面沿傾斜方向的剖面為原型來進行模擬開挖試驗，工作面傾向模型長度是400米、寬度是100米， 4號煤層平均厚度為1.07 米，平均煤層傾角9°，采高1.66米，直接頂平均厚度4.62 米，老頂平均厚度13.47 米，埋深340 米左右，對其施加8.1MPa的上覆巖層的自重載荷，以此來建立煤巖層在縱向剖面上的數值模擬計算模型。

3.2 數值模擬方案設計

此次數值模擬計算模型的目的是對比分析盛遠煤礦4號較薄煤層上保護層40403工作面上保護層工作面在留設不同寬度的區段煤柱和不留設區段煤柱時，根據工作面下部煤巖層的垂直位移變形規律和垂直應力變化的規律，從而推導得出留設寬度不同的區段煤柱和不留設區段煤柱開采時，盛遠煤礦4號煤層下部煤巖層的不同卸壓效果。故而設計出三種模擬方案：（1）在工作面開采時不留設區段煤柱;（2）在工作面開采時留設20m寬的區段煤柱;（3）在工作面開采時留設30m寬的區段煤柱。

參考文獻：

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