宋義華 謝小平 管育春 張權坤

摘 要：針對貴州高瓦斯煤層群安全高效開采的問題，據(jù)此盛遠煤礦4號較薄煤層上保護層40403工作面為現(xiàn)場依據(jù)，選擇采用數(shù)值模擬軟件UDEC4.0來進行試驗，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?shù)装逶诿簬r層的破裂情況和移動規(guī)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。

關鍵詞：薄煤層;無煤柱開采;卸壓效果;數(shù)值模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.088

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(qū)大灣鎮(zhèn)，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號煤層的傾角在7°到11°之間，平均煤傾角在9°左右，為近水平煤層，，4號煤層的厚度在1.07米到2.47米之間， 平均煤厚在1.66米左右，容重為1.5t/m3，產狀比較穩(wěn)定，所受斷層的影響較小。4號煤層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;底板則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。

2 保護層開采卸壓效果數(shù)值模擬分析

2.1 模型建立

模型建立采用UDEC4.0數(shù)值模擬軟件來進行，盛遠煤礦4號煤層為現(xiàn)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，以此來建立煤巖層在縱向剖面上的數(shù)值模擬計算模型。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。

2.2 數(shù)值模擬方案設計

此次數(shù)值模擬計算模型的目的就是對比分析貴州盛遠煤礦4號較薄煤層上保護層40403工作面在開采時，在留設不同寬度的區(qū)段煤柱和不留設區(qū)段煤柱這兩種情況下，根據(jù)上保護層工作面下部煤巖層所受的垂直位移變形規(guī)律和垂直應力變化規(guī)律的影響，從而推導得出留設寬度不同的區(qū)段煤柱和不留設區(qū)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(qū)段煤柱;（2）在工作面開采時留設20米寬的區(qū)段煤柱;（3）在工作面開采時留設30米寬的區(qū)段煤柱。

2.3 卸壓效果分析

上保護層工作面下部煤層所受垂直位移變形情況（圖1所示）和垂直應力變化情況（圖2所示）。

數(shù)值模擬結果分析如下：

（1）下部煤層位移變形分析。當在上保護層工作面開采不留設煤柱的情況時，在工作面原來留設煤柱位置下方的7號、8號被保護層就發(fā)生了在縱向的膨脹變形，進而在工作面下部的7號、8號煤層最大縱向的膨脹變形率在2.03‰～2.13‰之間;而留設寬度20米的區(qū)段煤柱和30米的區(qū)段煤柱時，煤柱下方的7號、8號煤層的最大壓縮變形率約在5.82‰～7.78‰ 之間。

（2）下被保護層應力變化分析。根據(jù)數(shù)值模擬出的結果可以看出，當在上保護層工作面開采過程中留設寬度30米的區(qū)段煤柱時，在工作面留設煤柱下方的7號、8號煤層垂直應力分別為11.7MP、11.57MP，大約是原巖應力的1.44倍左右和1.43倍左右;則在開采時不留設區(qū)段煤柱，工作面原來留設煤柱位置下方的7號、8號煤層垂直應力分別為-2.94MP和-3.12MP，即貴州盛遠煤礦4號較薄煤層上保護層40403工作面在原來留設煤柱位置下方的7號、8號煤層消除了應力集中區(qū)，實現(xiàn)了貴州盛遠煤礦4號較薄煤層上保護層工作面下部的7號、8號煤層全面卸壓，降低了下部煤層的突出危險性。

參考文獻：

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國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201810977010）

作者簡介：宋義華（1995-），男，貴州正安人，本科，研究方向：采礦工程。

*為通訊作者