近距離煤層采空區(qū)下底板破壞特征分析

王合龍

（蘭花集團(tuán)口前煤業(yè)公司，山西　朔州　036000）

近距離煤層采空區(qū)下底板破壞特征分析

王合龍

（蘭花集團(tuán)口前煤業(yè)公司，山西朔州036000）

摘要針對(duì)近距離煤層下層煤回采巷道受上層煤采動(dòng)影響，其頂板巖層受到不同程度破壞、整體性相對(duì)較差、支護(hù)難度較大的實(shí)際問題，利用離散元軟件UDEC對(duì)上下兩層煤夾層厚度不同時(shí)下層煤頂板破壞特征及回采巷道穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，為下層煤回采巷道選擇合理支護(hù)方式及設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)提供理論支持，具有一定的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞UDEC；近距離煤層；采空區(qū)下；底板破壞特征

1　工程概況

礦井所開采的3＃煤與4＃煤夾層厚度較小，屬近距離煤層，夾層厚度4～8 m，且?guī)r性不同。其柱狀圖見圖1。目前，3＃煤已經(jīng)采空，4＃煤進(jìn)行了局部開采，工作面回采巷道頂板巖層松散破碎，局部手抓可動(dòng)，巷道難以維護(hù)。

圖1　煤層柱狀圖

因此，研究3＃煤采空后，其回采巷道附近底板巖層破壞特征，大致估計(jì)底板巖層的破壞范圍，對(duì)4＃煤回采巷道的支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)具有重要的意義。

2　離散元計(jì)算模型的建立及分析

2．1計(jì)算模型的建立

為了解3＃煤采空區(qū)底板破壞特征及其對(duì)4＃煤回采巷道的影響，利用離散元數(shù)值模擬軟件udec進(jìn)行分析。模型沿水平方向取150 m，沿垂直方向取54 m，3＃煤厚2 m，4＃煤厚3．8 m，煤層賦存深度為378 m，見圖2。

圖2　數(shù)值分析模型圖

由圖2可見，3＃煤的位移區(qū)間－123～－15 m已經(jīng)采出，4＃煤的巷道位置位于－25～－21 m、－117～－113 m位移區(qū)間。

2．2模擬方案

模擬過程主要是對(duì)兩煤夾層厚度分別為4 m、5 m、6 m、7 m時(shí)，采空區(qū)破壞底板特征及對(duì)4＃煤回采巷道穩(wěn)定性的影響進(jìn)行模擬分析。

2．3結(jié)果分析

1）采空區(qū)底板位移特征分析。

采空區(qū)底板位移特征示意圖見圖3。

圖3　采空區(qū)底板位移特征放大圖

由圖3可知，靠近煤柱的采空區(qū)底板由于受到支撐壓力的作用而產(chǎn)生向上的位移，最大向上位移出現(xiàn)在距煤柱6～9 m處，并且向兩邊有減小，底板巖層向上拱起并有離層的現(xiàn)象；從3＃煤底板到4＃煤之間有不同大小的位移量，隨著兩煤夾層厚度的增加，砂質(zhì)泥巖厚度的增加，底板較大位移的范圍有減小的趨勢(shì)；采空區(qū)底板鼓起面與煤層呈一定的傾角，基本上與底板巖層的內(nèi)摩擦角相同，大約為40°。

2）采空區(qū)底板破壞特征分析。

采空區(qū)底板破壞特征示意圖見圖4。

由4可知，采空區(qū)底板的破壞主要發(fā)生在采空區(qū)的四周靠近煤柱的地方，并且破壞沿著一定的傾角向深部延伸，傾角大約為40°，在距煤柱15 m以外的地方破壞深度逐漸減小，呈“V”字形破壞；隨著兩煤夾層厚度的增加，采空區(qū)底板破壞范圍逐漸減小，達(dá)到極限強(qiáng)度的巖體和已經(jīng)破壞的巖體數(shù)量呈減小趨勢(shì)；通過對(duì)上面情況的分析可以得出，底板破壞深度范圍在6～8 m范圍內(nèi)，和理論計(jì)算有著一定誤差，這是由于在理論計(jì)算底板破壞深度時(shí)底板巖層的巖性、厚度及巖層節(jié)理沒有完全考慮所致。但從數(shù)值上看相差較小，兩者具有一致性。

3）采空區(qū)下回采巷道穩(wěn)定性分析。

為了研究采空區(qū)底板破壞對(duì)下部煤層回采巷道的影響，在兩煤不同夾層厚度時(shí)沿下層煤的頂板設(shè)置觀測(cè)線，監(jiān)測(cè)其頂板表面附近垂直位移量。監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖5。

由圖5可知，4＃煤巷道所在范圍有向上的位移，這是由于煤柱上礦山壓力作用的結(jié)果；隨著3＃、4＃煤兩煤夾層厚度的增加，4＃煤頂板測(cè)線上的最大垂直位移減小，且位移較大的范圍也在減??；在－112 m和－26 m處垂直位移相對(duì)較大，根據(jù)4＃煤所在位置，可以得出：靠近3＃煤煤柱一側(cè)的巷道位移量小于另一側(cè)的位移量，也就是說4＃煤回采巷道靠近煤柱的一側(cè)破壞程度小于另一側(cè)。在該內(nèi)錯(cuò)方式情況下，要對(duì)下部回采巷道遠(yuǎn)離煤柱一幫進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，提高支護(hù)強(qiáng)度。

圖4　采空區(qū)底板破壞特征放大圖

圖5　回采巷道頂板上水平測(cè)線的垂直位移圖

3　結(jié)　論

1）根據(jù)理論計(jì)算得出底板破壞的最大深度為7．73 m。在該礦的地質(zhì)條件下，下部煤層回采巷道受到上部煤層開采的采動(dòng)影響，導(dǎo)致4＃煤頂板比較破碎。

2）通過理論計(jì)算與數(shù)值模擬相結(jié)合方式分析得出了采空區(qū)底板破壞呈“V”字形，沿煤層底板破壞的角度大致與煤層底板巖層內(nèi)摩擦角相同，破壞范圍主要在距煤柱0～15 m范圍內(nèi)。

3）隨著兩煤夾層厚度的增加，下部煤層回采巷道頂板上位移量減小，頂板破壞程度減小。

4）遠(yuǎn)離上部煤層煤柱的一幫破壞程度較靠近的一幫大，在支護(hù)時(shí)要加強(qiáng)支護(hù)。

中圖分類號(hào)：TD32

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672－0652（2014）01－0051－03

收稿日期：2013－11－03

作者簡(jiǎn)介：王合龍（1968—），男，山西晉城人，2010年畢業(yè)于山西大同大學(xué)，工程師，主要從事煤礦技術(shù)管理工作（E－mail）zsh0201＠163．com

Analysis on the Floor Break Features under the Close Distance Coal Seams Goaf

Wang He－long

AbstractAiming at the practical problems of broken roof strata，poor integrity and difficult support in the lower coal roadway of close distance coal seams．Through discrete element program UDEC software analyzed roof break features of lower coal seam and the stability of roadway when the two layers is not the same thickness．Provides the theoretical foundation for reasonable supporting method and parameters design of the roadway under the goaf，Have a certain theoretical and practical application value．

Key wordsUDEC；Close distance coal seams；Goaf；Floor break features