上保護(hù)層開采雙工作面卸壓數(shù)值模擬

丁海洋,羅文柯,萬芳芳,施式亮,湯鑄,魯義,李賀

(1.安徽神源煤化工有限公司 鄒莊煤礦,安徽 淮北 235123;2.湖南科技大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院,湖南 湘潭 411201;3.湖南科技大學(xué) 南方煤礦瓦斯與頂板災(zāi)害預(yù)防控制安全生產(chǎn)重點實驗室,湖南 湘潭 411201)

作為我國基礎(chǔ)能源的煤炭在我國一次能源消費總量中長期占有相當(dāng)大的比重[1].隨著我國淺部煤炭資源開采的逐漸枯竭[2，3],礦井開采以20～50 m/a的速度向深部延伸[4,5].由于深部煤層瓦斯壓力和地應(yīng)力的增大[6,7],煤與瓦斯突出風(fēng)險隨之增高[8].保護(hù)層開采是目前突出煤層防治成本最低、卸壓效果最好的技術(shù)措施.大量國內(nèi)外學(xué)者們在理論與實踐應(yīng)用指導(dǎo)下,對煤與瓦斯突出機理[9]、突出危險性預(yù)測指標(biāo)[10，11]、效果檢驗[12,13]、防突措施[14-16]、瓦斯卸壓抽采[17,18]等方面投入大量研究工作,并取得豐富成果.尤其在數(shù)值模擬方面,朱棟等[19]通過數(shù)值模擬獲得上保護(hù)層開采時圍巖應(yīng)力演化規(guī)律;2009年,胡國忠等[20]通過對急傾斜俯偽斜上保護(hù)層保護(hù)范圍的三維數(shù)值模擬研究獲得了走向與傾斜方向的卸壓范圍;2013年,陳思等[21]在對下保護(hù)層開采的應(yīng)力分布特征、煤層透氣性變化規(guī)律和煤層變形量進(jìn)行數(shù)值模擬分析基礎(chǔ)上,首次在潘三礦保護(hù)層開采試驗研究中進(jìn)行保護(hù)范圍和卸壓增透效果的驗證;2013年,梁海汀等[22]揭示了關(guān)鍵層在不同位置下被保護(hù)層的卸壓效果、位移以及膨脹率的變化;2016年,李圣偉等[23]研究得到了保護(hù)層開采不同距離的增透率圖譜;2018年,張哲[24]建立了保護(hù)層開采的卸壓范圍與瓦斯運移數(shù)值模型.這些研究成果對于煤礦保護(hù)層開采的實踐應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)作用.然而,目前對于上保護(hù)層雙工作面開采后被保護(hù)層的卸壓保護(hù)情況研究甚少.

本文基于被保護(hù)層開采工作面盡可能與保護(hù)層工作面等尺寸的要求,采用FLAC3D軟件并結(jié)合祁南煤礦地質(zhì)條件和實際開采情況,建立上保護(hù)層雙工作面開采的三維立體模型.采用數(shù)值模擬方法對比分析祁南煤礦上保護(hù)層6123和6125工作面依次開采后,72煤層的垂直應(yīng)力、膨脹變形量、被保護(hù)范圍等變化情況,進(jìn)一步探討上保護(hù)層61煤雙工作面開采后被保護(hù)層72煤卸壓保護(hù)情況.

1 工程背景

82采區(qū)位于淮北礦業(yè)股份有限公司祁南煤礦西南部,東北部以178與14-153兩孔連線為界,與81采區(qū)、84采區(qū)相鄰;西部及南部以9煤層露頭線為界,與101采區(qū)、102采區(qū)相鄰;東部(深部)以F9斷層、164與補195兩孔連線及61煤層-550 m底板等高線為界,與83采區(qū)、89采區(qū)相鄰.82采區(qū)上限為9煤層露頭線,煤層底板標(biāo)高約為-300～-320 m,下限為61煤層-550 m底板等高線.采區(qū)整體形狀不規(guī)則，中北部較寬,南部較窄,南北長約4.5 km,東西寬約0.5～1.6 km,面積約4.4 km2.6125工作面位于82采區(qū)左翼6煤組第三區(qū)段，右側(cè)以82采區(qū)上山保護(hù)煤柱為界,左側(cè)以-380 m防砂煤柱為界，上部為 6123工作面,下部為6127工作面,6125工作面標(biāo)高為-380.7～-431.5 m,高差50.8 m.6125工作面位于井田西部,西風(fēng)井東部,地面標(biāo)高為+22.6 m.研究區(qū)域主要煤層綜合柱狀圖如圖1所示.

圖1 祁南煤礦82采區(qū)主采煤層綜合柱狀圖

2 模型建立

2.1 模型尺寸與邊界條件

祁南煤礦上保護(hù)層雙工作面開采三維模型尺寸為300.00 m×416.57 m×236.25 m,采用自下往上分層建模方法,定義煤巖層共計26層(組),煤(巖)層傾角10°.模型單元格為八節(jié)點六面體,全模型共劃分為359 550個網(wǎng)格單元,生成網(wǎng)格節(jié)點378 572個.模型四周及底部采用位移邊界,頂部采用應(yīng)力邊界,由于61煤實際埋深為430 m,本模型中61煤層距離模型頂部約100 m,因此考慮模型頂部補償320 m荷載(2.5×320÷100=8 MPa).

2.2 本構(gòu)模型與力學(xué)參數(shù)

采用FLAC3D中的摩爾-庫侖模型,其中區(qū)段窄煤柱采用應(yīng)變硬化/應(yīng)變軟化模型.根據(jù)祁南煤礦的地質(zhì)資料,結(jié)合該煤礦柱狀圖和實際開采情況,確定數(shù)值模擬中各煤(巖)層、回采工作面的空間及層位關(guān)系,根據(jù)力學(xué)實驗確定各煤層、巖層的力學(xué)參數(shù),如表1所示.

表1 祁南煤礦圍巖力學(xué)參數(shù)

考慮6125工作面回采時,區(qū)段窄煤柱經(jīng)受二次采動影響被壓縮,煤柱發(fā)生塑性破壞,該區(qū)段窄煤柱采用FLAC3D中應(yīng)變軟化本構(gòu)模型,煤柱力學(xué)參數(shù)如表2所示.

表2 煤體應(yīng)變軟化參數(shù)

2.3 模擬方案

采場布置:該模型中定義Y方向為走向方向,工作面回采沿著Y軸正方向進(jìn)行,X方向為傾向方向.根據(jù)祁南煤礦開采實際,6123和6125工作面的傾斜長度(考慮煤層傾角10°)均為140 m,走向回采長度按照最大180 m考慮.

開挖方案:沿著Y軸正方向開挖,每步開挖10 m,自動迭代至平衡,6123工作面開挖完畢并達(dá)到平衡后進(jìn)行6125工作面的開挖,6123和6125工作面單次回采步距相同.

考察方案:為了全面分析上保護(hù)層雙工作面開采過程中的圍巖應(yīng)力場、巖層變形移動等隨工作面推進(jìn)的動態(tài)演變情況,結(jié)合上保護(hù)層雙工作面在模型的布置位置,制定了上保護(hù)層雙工作面開采剖面考察方案,如圖2所示.

圖2 上保護(hù)層6123和6125雙工作面布置模型與卸壓范圍效果考察剖面

3 結(jié)果分析

3.1 應(yīng)力演化分析

3.1.1 6123和6125工作面依次回采過程中走向方向圍巖垂直應(yīng)力分布

上保護(hù)層雙工作面依次回采過程中，開采走向方向圍巖垂直應(yīng)力分布如圖3所示，回采對72煤走向方向垂直應(yīng)力的影響如圖4所示.

圖3 上保護(hù)層雙工作面依次回采過程中走向方向垂直應(yīng)力分布

由圖3和圖4可知:

圖4 上保護(hù)層雙工作面依次回采對72煤走向方向垂直應(yīng)力的影響

1)當(dāng)上保護(hù)層雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)10 m時,6123和6125工作面采空區(qū)下方72煤在走向方向上圍巖受采動影響較小,應(yīng)力降低不明顯.

2)當(dāng)雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)50 m時,6123采空區(qū)下方72煤層的垂直應(yīng)力由初始11.7降至9.0 MPa,工作面前方煤壁和切眼后方煤壁的垂直應(yīng)力由10升至17 MPa;6125采空區(qū)下方72煤層垂直應(yīng)力由13.5降至10.2 MPa,工作面前方煤壁和切眼后方煤壁的垂直應(yīng)力升至18 MPa.

3)當(dāng)雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)100 m時,6123采空區(qū)下方72煤層的垂直應(yīng)力降至5.07 MPa,工作面前方煤壁和開切眼后方煤壁應(yīng)力集中升至20 MPa;6125采空區(qū)下方72煤層垂直應(yīng)力降至5.57 MPa,卸壓范圍較回采50 m時有明顯擴大,工作面前方煤壁和開切眼后方煤壁垂直應(yīng)力升至22 MPa.

4)當(dāng)雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)150 m時,6123采空區(qū)下方72煤層的垂直應(yīng)力降至3.48 MPa,豎直方向上卸壓范圍較回采100 m時略有擴大,工作面前方煤壁和開切眼后方煤壁集中應(yīng)力值約為20 MPa,升高不明顯;6125采空區(qū)下方72煤層垂直應(yīng)力降至3.56 MPa,豎直方向上卸壓范圍較回采100 m時略有擴大,工作面前方煤壁和開切眼后方煤壁垂直應(yīng)力升至24 MPa.

5)當(dāng)雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)180 m時,6123采空區(qū)下方72煤層的垂直應(yīng)力降至3.12 MPa,豎直方向上卸壓范圍較回采150 m時擴大不明顯,工作面前方煤壁和開切眼后方煤壁應(yīng)力集中升至22 MPa;6125采空區(qū)下方72煤層垂直應(yīng)力降至3.03 MPa,豎直方向上卸壓范圍較回采150 m時擴大也不明顯,工作面前方煤壁和開切眼后方煤壁垂直應(yīng)力升至26 MPa.

3.1.2 6123和6125工作面依次回采過程中傾斜方向圍巖垂直應(yīng)力分布

上保護(hù)層雙工作面依次回采過程中，開采傾斜方向圍巖垂直應(yīng)力分布如圖5所示，回采對72煤傾向方向垂直應(yīng)力的影響如圖6所示.

由圖5和圖6可知:

圖5 上保護(hù)層雙工作面依次回采過程中傾向方向垂直應(yīng)力分布

圖6 上保護(hù)層雙工作面依次回采對72煤傾向方向垂直應(yīng)力的影響

1)當(dāng)上保護(hù)層雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)10 m時,6123和6125工作面在傾向方向上圍巖受采動影響較小,應(yīng)力降低不明顯,但6125工作面開采對6123采空區(qū)上下部煤巖體垂直應(yīng)力產(chǎn)生了影響,6123采空區(qū)下方72煤層的垂直應(yīng)力降至9.08 MPa,當(dāng)6125工作面接續(xù)開采時,應(yīng)力集中主要分布在6125運輸巷側(cè)煤壁、6123與6125工作面間區(qū)段保護(hù)煤柱、6123回風(fēng)巷側(cè)煤壁,應(yīng)力峰值達(dá)到22 MPa.

2)當(dāng)雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)50 m時,6123采空區(qū)下方72煤層的垂直應(yīng)力由初始值降至10.9 MPa,6123運輸巷與回風(fēng)巷兩側(cè)煤壁均出現(xiàn)了應(yīng)力集中,垂直應(yīng)力升至22 MPa;6125采空區(qū)下方72煤層垂直應(yīng)力降至11.1 MPa,6123采空區(qū)下方72煤層的垂直應(yīng)力降至8.7 MPa,6123與6125工作面間區(qū)段保護(hù)煤柱內(nèi)部應(yīng)力集中消失,卸壓區(qū)域連成一體,呈傾倒的“葫蘆型”;其中,6125工作面形成的卸壓區(qū)域小于6123工作面的卸壓區(qū),應(yīng)力集中區(qū)域分布在6125運輸巷側(cè)煤壁、6123回風(fēng)巷側(cè)煤壁,垂直應(yīng)力升至28 MPa.

3)當(dāng)雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)100 m時,6123采空區(qū)下方72煤層的垂直應(yīng)力降至8.34 MPa,豎直方向上卸壓范圍較回采50 m時明顯擴大.6123運輸巷與回風(fēng)巷兩側(cè)煤壁均出現(xiàn)應(yīng)力集中,垂直應(yīng)力升至28 MPa;6125采空區(qū)下方72煤層垂直應(yīng)力降至7.05 MPa,6123采空區(qū)下方72煤層的垂直應(yīng)力降至6.51 MPa,“葫蘆型”卸壓連體區(qū)域中,由于6125工作面在豎直方向上(采場上部、下部)不斷擴大,6125與6123工作面分別形成的卸壓范圍差異逐步縮小,6125運輸巷側(cè)煤壁、6123回風(fēng)巷側(cè)煤壁內(nèi)的應(yīng)力集中升至32 MPa.

4)當(dāng)雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)150 m時,6123采空區(qū)下方72煤層的垂直應(yīng)力降至6.69 MPa,豎直方向上卸壓范圍較回采100 m時略有擴大,6123運輸巷與回風(fēng)巷兩側(cè)煤壁應(yīng)力集中至30 MPa;6125采空區(qū)下方72煤層垂直應(yīng)力降至4.55 MPa,6123采空區(qū)下方72煤層的垂直應(yīng)力降至4.62 MPa,“葫蘆型”卸壓連體區(qū)域在豎直方向上略有擴大;6125運輸巷側(cè)煤壁、6123回風(fēng)巷側(cè)煤壁內(nèi)的應(yīng)力集中升至34 MPa.

5)當(dāng)雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)180 m時,6123采空區(qū)下方72煤層的垂直應(yīng)力降至6.25 MPa,豎直方向上卸壓范圍較回采150 m時無明顯差別,6123運輸巷、6123回風(fēng)巷兩側(cè)煤壁應(yīng)力集中至32 MPa;6125采空區(qū)下方72號煤層垂直應(yīng)力降至3.92 MPa,6123采空區(qū)下方72煤層的垂直應(yīng)力降至4.22 MPa,雙工作面形成的卸壓連體區(qū)域在豎直方向上較回采150 m時無明顯差別;6125運輸巷側(cè)煤壁與6123回風(fēng)巷側(cè)煤壁內(nèi)的應(yīng)力集中維持在34 MPa.

3.2 位移演化分析

3.2.1 6123和6125工作面回采過程中走向方向圍巖垂直位移演化特征

上保護(hù)層雙工作面回采過程中，開采走向方向圍巖垂直位移演化形態(tài)特征如圖7所示，回采對72煤走向方向膨脹變形量的影響如圖8所示.

由圖7和圖8可知:

圖7 上保護(hù)層雙工作面依次回采過程中走向方向垂直位移分布

圖8 上保護(hù)層雙工作面依次回采對72號煤走向方向膨脹變形量的影響

1)當(dāng)上保護(hù)層雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)10 m時,6123與6125工作面走向方向采場上覆巖層產(chǎn)生豎向變形,頂板最大變形量分別為0.16和0.18 m,下部巖層變形量均極小.

2)當(dāng)雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)50 m時,6123工作面采空區(qū)上部巖層豎向變形增至0.24 m,采空區(qū)下部巖層產(chǎn)生底鼓變形,72煤層的膨脹變形量最大達(dá)到3‰;6125工作面采空區(qū)上部巖層豎向變形增至1.4 m,采空區(qū)下部巖層產(chǎn)生底鼓變形,72煤層的膨脹變形量最大達(dá)到2.7‰;7225與7227工作面煤層膨脹變形量在走向范圍內(nèi)多處于2‰～3‰水平.

3)當(dāng)雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)100 m時,6123工作面采空區(qū)上部巖層豎向變形增至1.4 m,6123采空區(qū)下部72煤層的膨脹變形量最大達(dá)到4.5‰;6125工作面采空區(qū)上部巖層豎向變形增至1.5 m,72煤層的膨脹變形量最大達(dá)到4.6‰.7225與7227工作面煤層膨脹變形量在走向范圍內(nèi)多處于3‰～5‰水平;此外,6123和6125工作面回采時,上覆巖層變形移動范圍隨工作面推進(jìn)繼續(xù)向上發(fā)展.

4)當(dāng)雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)150 m時,6123工作面采空區(qū)上部巖層豎向變形增至1.5 m,72號煤層的膨脹變形量最大達(dá)到5.1‰;6125工作面采空區(qū)上部巖層豎向變形增至1.6 m,其下部72煤層的膨脹變形量最大達(dá)到5.36‰;6125回采工作面的前方煤壁下部72煤層壓縮變形率為0.4‰;7225和7227工作面煤層膨脹變形量在走向范圍內(nèi)多處于3‰～6‰水平.

5)當(dāng)雙工作面分別自切眼向前推進(jìn)180 m時,6123采空區(qū)上部巖層豎向變形維持在1.5 m,下部72煤層的膨脹變形量最大達(dá)到5.25‰.6125工作面采空區(qū)上部巖層豎向變形維持在1.6 m,下部72煤層的膨脹變形量最大達(dá)到5.58‰;6125回采工作面的前方煤壁和開切眼后方煤壁下部,72煤層壓縮變形繼續(xù)增加,煤層壓縮率分別達(dá)到0.6‰和0.3‰;7225與7227工作面煤層膨脹變形量在走向范圍內(nèi)多處于4‰～6‰水平.

3.2.2 6123和6125工作面回采過程中傾向方向圍巖垂直位移分布

祁南煤礦上保護(hù)層雙工作面開采傾斜方向圍巖垂直位移演化形態(tài)特征如圖9所示.

由圖9可知:上保護(hù)層雙工作面開采傾向方向圍巖變形移動與走向方向基本一致,雙工作面推進(jìn)10 m后,傾向方向采場上覆巖層產(chǎn)生豎向變形,頂板最大變形量達(dá)0.16和0.18 m,下部巖層變形量極小;雙工作面推進(jìn)50 m后,采空區(qū)上部巖層豎向變形分別增至0.24和1.40 m,上覆巖層變形移動范圍隨工作面推進(jìn)向上繼續(xù)發(fā)展,下部巖層產(chǎn)生底鼓變形;雙工作面推進(jìn)100 m后,采空區(qū)上部巖層豎向變形增至1.4和1.5 m,且靠近回風(fēng)巷側(cè)上覆巖層的變形移動較運輸巷側(cè)略大;雙工作面推進(jìn)150m后,采空區(qū)上部巖層豎向變形增至1.5和1.6 m;雙工作面推進(jìn)180 m后,采空區(qū)上部巖層豎向變形維持在1.5 和1.6 m,上覆巖層變形移動范圍不再隨工作面推進(jìn)向上繼續(xù)發(fā)展.

圖9 上保護(hù)層雙工作面依次回采過程中傾向方向垂直位移分布

上保護(hù)層雙工作面依次回采對72煤傾向方向膨脹變形量的影響如圖10所示.

圖10 上保護(hù)層雙工作面依次回采對72號煤傾斜方向膨脹變形量的影響

由圖10可知:上保護(hù)層雙工作面開采后(回采180 m)被保護(hù)煤層(7225,7227)傾向方向均產(chǎn)生不同程度膨脹變形,隨著回采工作面的推進(jìn),采空區(qū)中心區(qū)域被冒落矸石逐步壓實,繼而限制采空區(qū)下部被保護(hù)煤層的膨脹變形,最大膨脹變形出現(xiàn)在采空區(qū)下伏煤層的兩側(cè),6123與6125采空區(qū)下部72煤層的最大膨脹變形量分別為5.25‰和5.58‰.同時,在傾向方向上,6123回采工作面左右兩側(cè)、回風(fēng)巷側(cè)及6125回采工作面運輸巷側(cè)煤壁下部72煤層均產(chǎn)生較小的壓縮變形.

4 被保護(hù)層保護(hù)范圍劃定

4.1 走向方向

按照煤層膨脹變形量大于3‰即視為充分卸壓區(qū),對祁南煤礦上保護(hù)層雙工作面開采走向卸壓保護(hù)范圍進(jìn)行劃定.6125回采工作面開采完后,7227回采工作面走向方向煤層膨脹變形量大于3‰的范圍為86 ～216 m,61煤與72煤層間垂距取55 m,可得出6125工作面開采后7227工作面走向方向的卸壓保護(hù)范圍:開切眼(始采線)垂直投影往里26 m處,走向下部卸壓角為64.5°,停(止)采線垂直投影往里26 m處,走向下部卸壓角為64.5°,如圖11所示.

圖11 上保護(hù)層工作面采后被保護(hù)層工作面走向卸壓保護(hù)范圍

4.2 傾斜方向卸壓角確定

按照煤層膨脹變形量大于3‰即視為充分卸壓區(qū),對祁南煤礦上保護(hù)層雙工作面開采傾向卸壓保護(hù)范圍進(jìn)行劃定.6123回采工作面開采完后,7225回采工作面走向方向煤層膨脹變形量大于3‰的范圍為222 ～330 m,61煤與72煤層間垂距取55 m,可得出6123工作面開采后7225工作面傾向方向的卸壓保護(hù)范圍:6123運輸巷垂直投影往里12.24 m處,傾向下部卸壓角為77.4°,6123回風(fēng)巷垂直投影往里18.62 m處,走向下部卸壓角為71.3°.6125回采工作面開采完后,7227回采工作面走向方向煤層膨脹變形量大于3‰的范圍為84～193 m,61號煤與72號煤層間垂距取55 m,可得出6125工作面開采后7227工作面傾向方向的卸壓保護(hù)范圍:6125運輸巷垂直投影往里16.05 m處,傾向下部卸壓角為73.4°,6125回風(fēng)巷垂直投影往里13.8 m處,走向上部卸壓角為75.8°,如圖12所示.

圖12 上保護(hù)層工作面采后被保護(hù)層工作面傾向卸壓保護(hù)范圍

5 上保護(hù)層雙工作面開采卸壓保護(hù)范圍考察

5.1 傾斜方向卸壓范圍考察

傾斜方向以7225下部卸壓角為考察對象,在82采區(qū)72煤底板南翼軌道大巷選擇g40點向g39點前進(jìn)22.7 m的位置為傾向邊界卸壓角觀測孔鉆場,在該鉆場分別施工4個傾向方向保護(hù)范圍的觀測鉆孔,即以原參考卸壓角75°為基準(zhǔn),其余3個鉆孔分別與基準(zhǔn)孔外偏5°,內(nèi)偏5°和數(shù)值模擬卸壓角77.4°,鉆孔編號分別為KYQ7-1(內(nèi)偏5°,δ41=70°)、KYQ7-2(基準(zhǔn)δ42=75°)、KYQ7-3(模擬值δ43=77.4°)、KYQ7-4(外偏5°,δ44=80°)，見圖13.

圖13 7225工作面卸壓傾斜方向下部卸壓角實測鉆孔布置

圖14是傾斜方向卸壓范圍的實測數(shù)據(jù),可以看出:自2015年1月6日安裝測壓表后,各測壓鉆孔的瓦斯壓力逐漸升高,至2015年1月20日之后,鉆孔KYQ7-1,KYQ7-2,KYQ7-3和KYQ7-4的瓦斯壓力分別穩(wěn)定在0.4 ,0.2 ,0.3和0.4 MPa.當(dāng)工作面推進(jìn)近200 m接近各測壓鉆孔時,KYQ7-1,KYQ7-2和KYQ7-3鉆孔的瓦斯壓力相繼下降至0 MPa,KYQ7-4瓦斯壓力由原來的0.4 MPa降低到0.2 MPa.說明在傾斜方向卸壓范圍的實測值超出理論參考值,即外偏5°的KYQ7-4鉆孔范圍.

圖14 7225工作面卸壓傾斜方向下部各卸壓角瓦斯壓力實測結(jié)果

5.2 走向方向卸壓范圍考察

在82采區(qū)7煤底板南翼軌道大巷選擇從g18點向g26點方向前進(jìn)32.13 m為開口位置開設(shè)鉆場,在該鉆場分別施工4個走向方向保護(hù)范圍的觀測鉆孔,鉆孔編號分別為KYZ7-1(內(nèi)偏5°,δ51=55°)、KYZ7-2(理論δ52=60°)、KYZ7-3(模擬值δ53=64.5°)和KYZ7-4(外偏5°,δ54=65°),見圖15.

圖15 7225工作面卸壓走向方向下部卸壓角實測鉆孔布置

走向方向卸壓范圍實測鉆孔施工始于2015年1月6日,實測數(shù)據(jù)如圖16所示.

圖16 7225工作面卸壓走向方向下部卸壓角實測結(jié)果

由圖16可以看出:測試鉆孔KYZ7-1,KYZ7-2,KYZ7-3和KYZ7-4的原始瓦斯壓力分別穩(wěn)定在0.2 ,0.3,0.5和0.5 MPa,隨工作面不斷推進(jìn)靠近測定鉆孔,各鉆孔的瓦斯壓力逐漸釋放,壓力值開始減少:KYZ7-1與KYZ7-2鉆孔的瓦斯壓力在距切眼方向695 m位置時急劇衰減至0 MPa,數(shù)值模擬參考點KYZ7-3鉆孔在距切眼703 m位置開始下降至0.1 MPa,降幅為80%;外側(cè)偏離5°邊界線上的KYZ7-4鉆孔的瓦斯壓力也在靠近停采線處(距切眼712 m)開始下降至0.2 MPa,降幅為60%.說明靠近理論參考外偏5°的卸壓角邊界線也在其保護(hù)層開采的有效卸壓范圍之內(nèi).

6 結(jié)論

1)隨著上保護(hù)層雙工作面推進(jìn),采空區(qū)下方被保護(hù)煤層的垂直應(yīng)力逐漸降低,回采工作面前方的垂直應(yīng)力逐漸增大;采空區(qū)上部巖層豎向變形增大,下部巖層底鼓變形增大,其中,采空區(qū)下伏煤層兩側(cè)的膨脹變形最大.

2)祁南煤礦7225工作面卸壓保護(hù)范圍實測結(jié)果顯示,上保護(hù)層雙工作面走向與傾斜方向的下部卸壓角分別為65°和80°,與模擬值(走向卸壓角64.5°、傾向卸壓角77.4°)基本一致,說明用數(shù)值模擬方法研究上保護(hù)層雙工作面的卸壓保護(hù)范圍具有可行性.