近距离煤层开采覆岩导水裂隙带高度模拟研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 近距离煤层开采覆岩导水裂隙带高 度模拟研究 摘要：指出了近距离煤层开采覆 岩导水为安全高效开采煤矿资源，采用 经验公式预计、计算机数值模拟和实测 相结合的方法，分别研究了单采 10#煤 层后和开采 10#、11#煤层两层近距离煤 层后覆岩导水裂隙带高度。采用经验公 式计算出的两值分别为 44.46 m 和 52.43 m；采用数值模拟得出的两值分别为 42.28 m 和 51.57 m，理论计算和采用计 算机模拟方法计算出的两值基本一致， 并在实测中得到了验证。 中国论文网 /7/view-12990264.htm 关键词：近距离煤层；导水裂隙 带高度；数值模拟 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中图分类号：TD823.1 文献标识码：A 文章编号： 16749944（2017）16017703 1 工程概况 山西某矿 10、11 号煤层为主要 可采煤层，10、11 号煤层垂直距离为 8.5 m，为近距离煤层，含水层距 10 煤 的高度为 61.6 m，含水层距 11 煤的高 度为 70.1 m，为保证工作面安全生产及 保护地表生态环境，需确保近距离煤层 开采过程中导水裂隙不能发育至含水层。 两煤层具体情况如下。 1.110 号煤层 该直接顶板为 9 号煤层底板，由 于其间距小，顶板难以管理，多采用合 并一次开采。 10 号煤层底板岩性变化大，多为 中、细砂岩，局部为砂质泥岩和黑色泥 岩，厚 1.858.06 m，平均 4.43 m。该 3 个试件单向抗压强度分别为 28.6、50.6 和 41.7 MPa，平均 40.3 MPa。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 1.211 号煤层 该直接顶板多为泥岩或砂质泥岩， 厚 1.397.26 m，一般 4.30 m。老顶为 中、细砂岩，厚约 1.51.9 m。单向抗 压强度泥岩为 23.9 MPa，粉砂岩为 43.7 MPa，细砂岩 85.2 MPa；细砂岩为单向 抗拉强度为 2.0 MPa，单向抗剪强度为 10.9 MPa。 该底板多为不稳定细粒石英砂岩， 局部为泥岩或粉砂岩，厚 012.13 m， 一般厚 2.93 m。其下为 K1 石英砂岩， 厚 0.309.91 m，平均 2.34 m，硅质胶 结。单向抗压强度粉砂岩 43.7 MPa，泥 岩 18.9 MPa；泥岩单向抗拉强度为 3.6 MPa，单向抗剪强度 3.51 MPa。其他相 似材料模拟岩石力学参导 表 1。 2 导水裂隙带高度预计 2.1 煤层采后冒（垮）落的高度 根据国家煤炭工业局制定的建 筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设 与煤压开采规程 （以下简称“规程” ） 中冒（垮）落带最大高度计算的公式为： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 Hm=100M4.7M+192.2（1） 式（1）中：Hm 冒落带高度最大 值，m；M 采厚，m。 对于 10#煤层，根据式（1） ，按 煤层最大厚度 23.2 m 计算，冒（垮）落 高度 18.092.2 m；按规划设计破底采厚 3 m 计算，冒（垮）落带高度 9.062.2 m。 对于 11#煤层，根据式（1） ，按 煤层最大厚度 2 m 计算，冒（垮）落高 度 11.762.2 m；按规划设计破底采厚 1.5 m 计算，冒（垮）落带高度 11.212.2 m。 2.2 煤层开采后覆岩导水裂隙带 高度 根据规程以及煤层开采参数 和地质采矿条件，导水裂隙高度可按下 试计算： HLi=100M （1.6M+3.6） 5.6（2） HLi=20M+10（3） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 式（2） 、 （3）中：HLi 导水裂隙 带高度，m； M 采厚，m。 这样，根据式（3）得近距离煤 层 10#煤层采厚覆岩采动导水裂隙带高 度 HLi10-11 为 44.46 m；11#煤层采厚 覆岩采动导水裂隙带高度 HLi10-11 为 52.43 m。 3 数值模拟 3.1 模型的建立 结合工作面的地质概况，采用 UDEC 离散元软件进行数值模拟，模型 总长度为 360 m，高度在 90 m 以上， 模型两侧与底面为固定边界，防止岩层 有水平位移，垂直载荷为 15.0 MPa，具 体模型见图 1。 3.2 模拟结果分析 在 10#煤层模型模拟中，开采边 界距设计边界距离有 65 m，每次进行开 挖 10 m，进行 23 次开挖，煤层开采后， 上覆岩层中形成离层裂隙和竖向破断裂 隙，岩层与岩层构成了间水的通道，沟 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 通到工作面。随着工作面的推进，离层 在沿着顶板的高度方向上呈跳跃式由下 向上发育在上覆岩层的一定高度内裂隙 较为发育，岩性及采高决定了裂隙发育 的最大高度 3。模拟推进距离为 230 m，10 煤工作面开挖完毕后上覆岩层裂 隙最大高度发育至 42.28 m，开挖完毕 后上覆岩层运动状态及裂隙发育特征如 图 2 所示。 图 210 煤工作面推进至 230 m 10#煤层开挖后，进行 11#煤层开 采模拟，当 11#煤层开采边界距设计边 界距离有 65 m，每次进行开挖 10 m， 进行 23 次开挖，煤层开采后，上覆岩 层中形成离层裂隙和竖向破断裂隙，岩 层与岩层构成了间水的通道，沟通到工 作面。随着工作面的推进，离层在沿着 顶板的高度方向上呈跳跃式由下向上发 育在上覆岩层的一定高度内裂隙较为发 育，岩性及采高决定了裂隙发育的最大 高度。模拟推进距离为 230 m，11 煤工 作面开挖完毕后上覆岩层裂隙最大高度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 发育至 51.57 m，开挖完毕后上覆岩层 运动状态及裂隙发育特征如图 3 所示。 图 311 煤工作面推进至 230 m 2017 年 8 月绿色科技第 16 期 4 近距离煤层开采导水裂隙发育 高度分析 4.1 理论计算与数值模拟方法比 较分析 （1）按规划设计的采厚，开采 10#煤层时，根据规程中经验公式 计算得冒落带为 9.062.2 m，理论计算 导水裂隙带高 44.46 m；数值模拟方法 导水裂隙带高度为 42.28 m。 显然，按规划设计开采厚度，开 采 10#煤层时，其理论计算导水裂隙带 高度平均值比数值模拟结果平均值增加 了 2.18 m。 （2）按规划设计的 采厚，开采 11#煤层时，根据规程 中经验公式计算得冒落带为 11.22.2 m，理论计算导水裂隙带高 52.43 m； 数值模拟方法导水裂隙带高度为 51.57 m。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 显然，按规划设计开采厚度，开 采完 10#煤层，开采 11#层时，其理论 计算导水裂隙带高度平均值比数值模拟 结果平均值增加了 0.86 m。 4.2 现场实测 目前，10、11#煤层已开采完毕， 在实际开采过程中，覆岩导水裂隙未发 育至含水层，工作面未发生大范围淋水 事件，现场实测与理论计算、数值模拟 结果相一致。 5 结论 （1） 采用经验公式计算，开采 10#煤层时，其导水裂隙带高度最大高 度值为 44.46 m，10#煤层导水裂隙最高 高度距离含水层垂直距离有 17.14 m； 开采 11#煤层时，其导水裂隙带最大高 度值为 52.43 m。11#煤层裂隙带距离含 水层垂直距离为 17.14 m；开采完 10#、11#煤层后裂隙带均未沟通含水层。 （2） 采用数值模拟，开采 10# 煤层时，其导水裂隙带高度最大高度值 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 为 42.28 m，10#煤层导水裂隙带最高高 度距离