急倾斜煤层深部开采岩层移动数值模拟研究.pdfVIP

第 2期 矿 山 测 量 NO．2 2011年 4月 MINE SURVEYING ADr．20ll doi：10．3969／j．issn．1001—358X．2011．02．010 急倾斜煤层深部开采岩层移动数值模拟研究 田秀国 ，戴华阳 (I．开滦(集团)有限责任公司，河北 唐山 063000；2．中国矿业大学(北京)，北京 100083) 摘要：岩层移动规律随地质采矿条件的不同而存在较大差别。采用离散元数值模拟方法，结合唐 山 马家沟矿具体条件，研究了急倾斜煤层深部开采岩层移动规律与机理。研究表 明：急倾斜煤层深部 开采岩层移动垮落带发育到一定高度终止 ，其上位岩层 以法 向弯曲移动为主；采空区上方形成铰接 岩梁结构，顶板岩层呈双端固支的梁弯曲，从而减缓 了地表的变形。研 究结论对于深部 “三下”开采 具有指导意义。 关键词 ：急倾斜 ；岩层移动；数值模拟 ；机理 中图分类号：TD325 ．4 文献标识码 ；B 文章编号 ：1001—358X(2011)O2—0028—05 急倾斜煤层开采后地表移动规律较复杂，存在 采用离散元软件2D—Block 沿倾斜主剖面建 多种不同的沉陷模式 ，既有连续变形 ，也有非连续变 立二维数值模 型。图 1为马家沟矿西翼 11号剖面 形和突然塌陷 I3，这也是对急倾斜开采沉陷认识 图简化后建立的数值模拟设计 图。计算采用平面应 的困难所在 。 变模型，模型两侧及底边施加固支撑约束。 研究岩层 内部移动规律和机理是解释地表移动 岩石力学研究表明，岩体力学行为除与本身物 规律及预测其发展的有效途径 。 。本文采用数值 理力学性质有关外 ，还 与载荷状态和加载历史有直 模拟方法，结合唐山马家沟矿急倾斜煤层开采具体 接关系。顾及开采过程 中围岩应力环境变化导致的 条件 ，研究 了急倾斜煤层深部开采岩层移动的规律 地表移动变形 ，需先对 九水平 以上 (标 高 一30一 与机理。 一 600m)急倾斜煤层进行前期模拟，然后模拟开采 九水平 (标高 一600～一700121)，最后进行深部 2个 1 急倾斜煤层深部开采数值模型 水平的开采 ，即十水平 (标高 一700～一800m)和十 急倾斜煤层在形成过程中通常遭受过 比较剧烈 一 水平 (标高 一800～一900rn)。模型采用下行开 的地质构造运动 ，岩体原生裂隙比较发育，急倾斜煤 采 ，先采9—2煤层 ，再采 12煤层 ，开采标高 一30～ 层的开采会进一步促进岩体裂隙的发育和扩展 ，急 一 900m，累计垂高870m。 倾斜开采岩体可看做一种离散介质 ，其 内部存在大 1．2 参数选取 位移 、旋转和滑动乃至块体的分离。因此，离散元较 本次模拟计算的力学参数参照马家沟矿岩石物 适合用来模拟急倾斜煤层开采引起的岩块滑动、转 理力学试验结果。法 向刚度系数、切 向刚度系数分 动和变形等岩层移动 。 别由下式求得 ： 1．1 计算模型 = (Ea)／(2b)