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        急傾斜煤層頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律數(shù)值模擬

        2015-06-09 21:52:00李涵宓劍蔡立柱陳靜
        科學(xué)中國(guó)人 2015年8期
        關(guān)鍵詞:開采區(qū)石門底板

        李涵,宓劍,蔡立柱,陳靜

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

        急傾斜煤層頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律數(shù)值模擬

        李涵1,宓劍2,蔡立柱1,陳靜1

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

        為得出急傾斜煤層頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律,針對(duì)長(zhǎng)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(guò)其單向壓縮強(qiáng)度,煤層壁會(huì)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(huì)垮落,當(dāng)跨落到B區(qū)域,對(duì)-130m石門影響很小。當(dāng)跨落到C區(qū)域,對(duì)-130m石門就有很大影響,這就導(dǎo)致很難對(duì)石門采取措維護(hù)施。急傾斜煤柱開采模擬對(duì)對(duì)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(wèn)題一直是煤炭開采的難題,急傾斜煤層頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜,對(duì)急傾斜煤層開采構(gòu)成嚴(yán)重影響。本文以長(zhǎng)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(jì)算模型,選用ANSYS[5]軟件進(jìn)行數(shù)值分析,對(duì)煤層開采過(guò)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(dòng)規(guī)律的數(shù)值模擬

        2.1 計(jì)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(yàn)說(shuō)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(duì)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(gè)模型體的自重考慮在內(nèi)。

        (3)開挖過(guò)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(huì)一直垮落下去,一直向上延伸。煤層開采后對(duì)-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(guò)煤的單向抗壓強(qiáng)度,煤層就會(huì)垮落。

        1)當(dāng)跨落到B區(qū)域,對(duì)-130m石門影響很小。

        2)當(dāng)跨落到C區(qū)域,對(duì)-130m石門有很大影響,這就導(dǎo)致很難對(duì)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(duì)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(duì)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??迓?。

        (3)當(dāng)垮落到C區(qū)域時(shí),對(duì)對(duì)-130m石門有很大影響,所以開采時(shí)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(lái)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(bào),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(bào),2002,21(4):25-29.

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

        [5]王國(guó)強(qiáng).實(shí)用工程數(shù)值模擬技術(shù)及其在ANSYS上的實(shí)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

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