斷層附近“三軟”煤層開采礦壓顯現規律分析

羅成才 任欣 張永舉 張袁仕松 彭首清

摘 要：針對貴州礦區“三軟”煤層開采斷層附近特殊地質條件下礦壓顯現異常的問題，采用數值模擬實驗的方法，并根據米籮煤礦一采區三條下山東翼110302工作面的現場實際條件，設計并構建了數值模擬模型。模擬分析了“三軟”煤層工作面直接頂垮落特征和基本頂破斷特征，并計算出工作面初次、周期來壓步距;斷層附近上覆巖層“三帶”發育特征。

關鍵詞：斷層附近;三軟煤層;礦壓顯現;數值模擬

1 工程概況

米籮煤礦位于水城縣東南部米籮鄉，煤的結構及堅硬程度：半亮型煤結構以塊狀為主，半暗型煤常呈致密狀或粒狀結構。線理狀、透鏡狀很少。暗淡型和半暗型煤的礦物質往往含量較高，結構致密，顯得堅硬。米籮礦井井田范圍內含可采及大部分可采煤層15層，米籮礦礦110302工作面井下位于一采區三條下山東翼，開采煤層為上二疊系龍潭煤組上段的11#、13#煤層，回風順槽標高在+1105.0～+1125.4m;運輸順槽標高在+1058.4～+1076.2m。該工作面開采煤層為1#、3#煤層，1#煤層及3#煤層結構較穩定，1#煤層厚度平均在1.4m左右，3#煤層厚度平均在2.3m左右。

2數值模擬結果分析

2.1工作面礦壓顯現規律

（1）直接頂垮落特征

工作面推進至距開切眼26.5m時，直接頂與基本頂之間出現離層，并逐步形成了一條長度為10.8m 、最大離層間距為0.1m的水平裂隙，隨著工作面的向前推進，裂隙間距不斷加大，當推進距工作面28m時，直接頂首先發生部分垮落，一段時間過后，懸空的直接頂（12.25m）全部垮落，垮落長度為36m，垮落角約為62°。直接頂垮落特征如下圖1所示。

（2）基本頂破斷特征

隨著工作面的推進，直接頂不斷垮落，基本頂巖梁懸露面積越來越大，接近其極限垮距時，巖梁結構發生破斷，基本頂產生初次來壓。當工作面推進至距開切眼42.5m時，基本頂發生破斷，破斷長度為42.5m，破斷厚度為10.5m，破斷角約為70°，即基本頂初次來壓步距約為42.5m。

基本頂初次破斷后，工作面繼續推進，當推進到距開切眼61.3m時，基本頂發生第一次周期破斷，破斷長度為27 m，破斷厚度為11.2m，破斷角約為60°，當推進到距開切眼81m時，基本頂發生第二次周期破斷，破斷長度為15.5cm，破斷厚度為11.2m，破斷角約為65°。隨著工作面的不斷推進，基本頂發生周期性破斷，其破斷特征為：破斷長度為10～27m，破斷角為60～70°，破斷厚度為11.5m，基本頂周期來壓步距為16.8～20m。

2.2 覆巖“三帶”范圍劃分

通過數值模擬結果，模型開挖150m后，通過分析覆巖下沉規律，并結合覆巖破壞結構理論中長壁工作面開采后在采空區形成的“三帶”（即垮落帶，裂隙帶和彎曲下沉帶）理論，預測現場工作面覆巖“三帶”劃分范圍為：垮落帶范圍為主采1#煤層上方第一層砂質泥巖至第二層粉砂巖的一部分，高度約為3.3m;裂隙帶范圍為垮落帶以上第二層粉砂巖，高度為3.3～11m;彎曲下沉帶范圍為裂隙帶以上直至地表層。如圖2所示。

參考文獻：

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作者簡介：

羅成才（1997.09-），男，漢族，貴州遵義市人，在讀本科學生，主要從事采礦工程專業方面的學習和研究

基金項目：貴州省大學生創新創業訓練計劃項目（2018520997）