新集二礦巨厚砂巖頂板采煤面前方兩側(cè)煤體應(yīng)力及位移分布數(shù)值模擬

吳德義， 李 康

（安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

隨著煤炭不斷向深部開采［1］，煤層開采后對周圍巷道影響越來越明顯，不同頂板厚度及巖性，影響程度不同［2－4］。新集二礦210108工作面頂板為巨厚砂巖，本文通過分析該工作面開采對采煤面位置兩側(cè)煤層頂板應(yīng)力及位移場影響來分析采動對采煤面前方兩側(cè)煤層影響程度，可為工作面附近巷道布置提供依據(jù)。

1 工程概況

新集二礦1煤210108試采工作面標高－643．1～－591．4m，可采范圍煤層賦存較為穩(wěn)定，總體呈單一構(gòu)造形態(tài)，1煤厚度在0．1～5．9m，平均煤厚3．4m，可采走向長度1242．0～1316．0m，傾斜長149．0m。

煤層頂板巖石名稱、厚度及巖性、直接頂、老頂及底板等組成如圖1，相應(yīng)煤層頂板厚度及物理力學(xué)參數(shù)如表1。

圖1 不同巖層分布示意

表1 巖石物理力學(xué)參數(shù)

2 數(shù)值計算模型

為分析新集二礦210108工作面1煤覆巖采動影響，根據(jù)該工作面工程實際，本文采用 FLAC［5－6］軟 件 確 定 開 采 參 數(shù) 和 上 覆 巖 層 及底板特點，建立三維數(shù)值模型及網(wǎng)格劃分如圖2。

圖2 數(shù)值計算模型及網(wǎng)格劃分示意

3 數(shù)值計算結(jié)果

3．1 距煤層頂板5．0m截面垂直位移等值線圖

距煤層頂板5．0m高度取截面，該截面垂直方向位移等值線如圖3。

3．2 距煤層頂板5．0m截面主應(yīng)力等值線圖

距煤層頂板5．0m取截面，數(shù)值模擬得出的頂板主應(yīng)力等值線如圖4。

圖3 距采空區(qū)頂板5．0m截面垂直位移等值線圖

圖4 距煤層頂板5．0m截面主應(yīng)力等值線圖

4 數(shù)值模擬結(jié)果分析

4．1 煤層頂板垂直位移隨距采煤面?zhèn)让婢嚯x變化

根據(jù)距煤層頂板5．0m處水平截面位移等值線圖3，在X＝300．0m直線上，取不同Y值大小煤層頂板垂直位移，可以得出采煤面兩側(cè)煤層頂板垂直位移隨距采煤面?zhèn)让婢嚯x變化如圖5。

由圖5可以看出，采煤面兩側(cè)頂板垂直位移隨距采煤面距離變化較好滿足:

按式（1），對不同條件數(shù)值計算結(jié)果進行回歸，可以得出u＝－6．20E－05A＝－0．037，K＝24．52

以采煤面兩側(cè)煤層頂板垂直位移衰減為采煤面邊緣處頂板垂直位移的10%為采煤面對兩側(cè)煤體影響范圍，可得巨厚砂巖頂板采動對采煤面兩側(cè)煤體影響范圍為57．0m。

圖5 不同條件煤層頂板垂直位移隨距采煤面?zhèn)让婢嚯x變化

4．2 煤層頂板主應(yīng)力隨距采煤面?zhèn)让婢嚯x變化

根據(jù)距煤層頂板表面5．0m處水平截面主應(yīng)力等值線圖4，在X＝300．0m直線上，取不同Y值大小煤層頂板三個方向主應(yīng)力值，可以得出:采煤面兩側(cè)煤層頂板主應(yīng)力隨距采煤面?zhèn)让婢嚯x變化如圖6。

圖6 煤層頂板主應(yīng)力隨距采煤面?zhèn)让婢嚯x變化

從圖中可以看出:巨厚砂巖頂板條件下，采煤面兩側(cè)15．0m左右范圍內(nèi)第一主應(yīng)力隨距采煤面距離增加而顯著上升，隨后開始減小。采煤面前方15．0m－20．0m左右第二、第三主應(yīng)力隨距采煤面距離增加而顯著上升，隨后開始減小。與一般巖性頂板比較，主應(yīng)力影響范圍明顯增大。

5 結(jié) 論

巨厚砂巖頂板采煤面前方兩側(cè)較大范圍煤層頂板主應(yīng)力顯著變化，采動對采煤面前方兩側(cè)影響范圍可達57．0m。

1 彭蘇萍．深部煤炭資源賦存規(guī)律與開發(fā)地質(zhì)評價研究現(xiàn)狀及今后發(fā)展趨勢［J］．煤炭學(xué)報，2008，17（2）:1－11．

2 湯建泉，何滿潮，馬慶云，等．開采覆巖運動和破壞規(guī)律的實驗研究［J］．中國煤炭，1996（2）:14－17．

3 C．T．阿維爾辛．煤礦地下開采的巖層移動［M］．北京:煤炭工業(yè)出版社，1959．

4 張茂林．大陽煤礦綜放回采巷道采動影響變形規(guī)律研究［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2007，35（8）:35－38．

5 武崇福，劉東彥，方志．FLAC3D在采空區(qū)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用［J］．河南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，26（2）:136－140．

6 姜慶紅，范慧鶴，李紅英，等．FLAC3D中INTERFACE建模新方法在釆空區(qū)模擬中的應(yīng)用［J］．計算機與現(xiàn)代化，2008，（10）:113－115．