司马煤矿3号煤层底板采动破坏深度数值模拟研究
底板破坏深度试验
底板破坏深度试验方案一工作面底板破坏深度的观测（1）测试目的底板采动破坏深度测试是“山西煤矿一 5 煤开采奥灰水突水预测及防治技术” 的一部分，目的是为了更深入地掌握工作面底板岩体采动破坏特征和规律，科学评价山西煤矿一 5 煤层底板突水危险性，为正确制定防止底板突水事故技术措施提供基本依据。
（2）测试方法及原理在奥灰承压水上带压开采时，探测煤层底板破坏深度的诸方法中，钻孔注水法是最有效的方法之一，其方法实测成果直观、可靠；设备简单、操作方便、成本低廉；在河北的邯郸、开滦等大水矿区观测了近10 个工作面，取得了大量的实测资料，为这些矿区安全带压开采做出了贡献。
底板破坏深度测试的实质是在工作面周围选择合适的观测场所，例如可在相邻工作面的顺槽或可测工作面停采线或开切眼以外的巷道中开掘钻窝，向工作面上方或下方打俯斜钻孔，在工作面回采前和回采后分别向钻孔注水，测定钻孔的渗透性，以此来了解煤层底板岩层的破坏松动情况，在工作面回采前可以研究底板岩层的原始裂隙发育规律，在工作面回采后可以研究并确定煤层底板的破坏深度。
采用钻孔单段注水，注水压力应控制在适当范围，压力太小会导致注入的水无法有效渗流，参考国内外底板破坏深度测试实践，最小注水压力0.1 MPa 左右即可保证有效渗流。
而压力太大会破坏底板原有裂隙状态。
本设计采用水柱自重加压，测试装置见图2，测试时水箱内的液面始终保持离底板2 m的高度，钻孔垂深4〜14 m,因此水柱高度6〜16 m,压力为0.06〜0.16 MPa,基本介于0.1〜P i MPa之间，符合注水压力要求。
测试时先往水箱内加水，保持测试过程中溢流口始终有水流出，然后开启测试钻孔相应管路上的阀门开始注水，观察流量计读数，待流量稳定后记录数据，关闭阀门。
(3)测试系统布置测试系统布置详见图4。
在54002工作面上巷煤壁前方80 m处布置钻机硐室，硐室规格：长x宽乂高= 6m x 3 m x 3 m,在硐室内分两排共打8个注水测试钻孔，要求所布置的钻孔孔底之间的距离尽可能大。
数值模拟
采矿工程数值模拟分析报告学院：资源与安全工程学院班级：硕13-3班姓名：孟浩学号：TSZ130101026Q中国矿业大学(北京)2013年1月2日1关键问题1301工作面上、下平巷掘进过程中曾多次发生煤炮，工作面回采过程中，曾于2010年2月3日发生采场支架压死现象。
根据煤层、顶板冲击倾向性鉴定结果和曾发生的动力现象，并考虑到1301工作面复杂的开采条件(深部、特厚煤层、高地压、强承压水、高温、厚表土层、构造发育等)，认为1301工作面回采过程中面临潜在的冲击地压等动力灾害威胁。
本项数值模拟分析报告是根据龙固煤矿主采煤层为3（3上、3下）煤层1301工作面实际工程条件，以煤层赋存条件、采矿工程条件和水文地质条件为基础，应用FLAC3D数值分析软件进行数值分析计算，模拟并分析开采高度分别为9.0m 时，不同推进距离（8m、24m、48、80m）条件下，工作面前方支承压力分布、顶板来压步距、覆岩冒落高度、塑形破坏范围等,对提前预知、预防和减少灾害发生提供理论和实验依据。
2工程背景地层区划属华北地层区鲁西地层分区，区内多为第四系覆盖。
矿井地质储量16.83亿吨，可采储量5.1亿吨，设计生产能力600万吨/年，设计服务年限82年。
3煤层平均厚度为8.82m，可采指数为1，为较稳定煤层，煤层倾角0～6°，平均3°；其单向抗压强度为32.13 MPa，基本顶为厚度为12.42m的粉砂岩互层，其单向抗压强度为100.17 MPa，由于煤层厚度较大，采空区冒落高度相对较高，煤层顶板又较为坚硬，因此可能存在顶板大面积悬顶。
随着工作面的继续推进顶板集聚足够的弹性能，突然断裂对工作面支架、煤壁造成冲击诱发采场、巷道冲击地压发生。
因此，3煤层顶板是否形成大面积悬顶是工作面顶板明显动压发生的必要条件。
3.软件介绍FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua）是由美国ITASAC公司于20世纪80年代提出并程序化，是岩土连续介质的二维和三维专业分析软件。
“三软”煤层采动底板变形特征数值模拟与实测对比分析
根据工作面开采地质条件和开采工艺 ， 模型底部
水平 ２ 采区 ，地面标高 ＋ ０ ２ ０ ２ ２３ ＋ ２ ｍ，工作面标高
收稿 日期 ：０９ １— ６ ２０ — ０ １
边界采用全约束边界条件 ， 煤层顶板采用 自由边界条
通信作者 阜家自 薹拿 县： 然科学基垒（ 基金） （ ７２５） 矿业大学“ 青年 项目４ ００４； ０ 中国 启航计划” 项目； 矿 学青年基金项目 资助 中国 业大
层组合结构控制的变化规律． 出了在正常采动情况下软顶、 提 厚的软煤和软底的“ 三软” 煤层底板 变形仅发生在一定浅部范围内， 厚的软 煤和软底对应 力和变形的传播具有一定的缓冲作用． 揭示 了中段灰岩组（ 灰） 。 对应力分布和 变形破坏的重要控制作用， 并与该面的实 测相关结果进行 了对比分析． 这为豫西煤炭资源向深部开采所引起的底板水防治提供 了部分力学的参考依据．
２ 数值模拟结果
根据矿 区实际周期来压情况 ，本次模拟煤层开
采 的来压步距为 ２ ，拟定开挖 ８ ，共开采 １０ ０ｎ ｌ 步 ６ ｍ 由于煤层松软 ， ． 在工作 面推进 的过程 中对 于顶板 没有进行特别 的支护 ，而是按照现场实 际情况任其
关键 词 ： 山压 力 ；三软 ” 层 ； 动 底板 变形 ； ｇ－ “ 煤 采 实测 ； 值模 拟 数
中图分类号 ： Ｄ３３ Ｔ ２
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６ ２ ９ ０ （０ ０ ０ — ０３ ０ １７ — １２ ２ １ ） １ ０ １— ４
根据矿 山压力理论 ， 采矿过程引起一系列 围岩应 力 的动态平衡 ，是围岩应力场的一个动态平衡过程【 而这种过程的变化是非常复杂的 ，受多种因素 的制 约， 用其它方法难以解决 ， 而在数值模拟 中这些影响 因素基本都能得到很好 的实现［］ ２． － 如果能从宏观上把 ３ 握岩体 的力学特性 ， 再结合地应力数据 ， 数值模拟的 结果完全可用于指导工程实践 由于有限元法从岩 一． 体的本构关系人手 ， 根据强度屈服准则、 流动法则及利 用时间步来获得煤层动态开采中底板岩体应力 、应变 和变形破坏规律 ，从而可模拟出底板岩体采动变形破 坏的影响程度和变形范围Ｐ ． 一 故本次研究拟采用有 限 元程序，借助计算机编程对郑煤集 团超化煤矿 ２ ０ １ ２ ６
煤层底板采动变形破坏规律的数值模拟研究
板 岩 层 破 坏 。形 成 裂 隙 或 者 原 生 裂 隙 发 生 扩 展 ．容 易 发 生 突 底 部 边 界 采 用 全 约 束 边 界 条 件 ． 即 Ｘ、Ｙ 和 Ｚ方 向 位 移 均 为
水 。 而 破 坏 深 度 的 大 小 是 评 价 底 板 突 水 性 的 重 要 指 标 之 一 。 零 ；左 右 边 界 、前 后 边 界 为 约 束 边 界 条 件 ，即 Ｘ 方 向 、Ｙ 方 向
动破 坏深度 。模拟 结果表 明 ：ｌ２ 煤底 板采动破 坏深度 为 ８ｍ 左右 ，大于底板 隔水层厚 度 ，因此认 为 开采 １２＃煤极有 可能引起 下
部 茅 口灰岩 含水层 突水
关 键 词 ＦＬＡＣ￣ 底 板 采 动 变形 规 律 底 板 突 水
中图分类号 ：ＴＤ３２２．３
文献标 识码 ：Ａ
根 据 目前 江 西 省 煤 田地 质 局 二 二 四 地 质 队 进 行 的 河 边 煤 矿 扩 界 勘 探 已 完 工 的 ＺＫ６０４、ＺＫ５０６、ＺＫ７０７、ＺＫＴ０６、 ＺＫ９０２、ＺＫ７０４、ＺＫ７０５、ＺＫ８０２孑Ｌ １２ 煤 层 底 板 与 下 部 茅 口灰 岩 距 离 统 计 情 况 （见 表 ２）得 知 ，ｌ２＃煤 层 底 板 至 茅 口 灰 岩 顶 板 之 间 的 岩 性 为 泥 岩 、泥 质 粉 砂 岩 及 铝 土 岩 ．均 可 作 为 隔 水 层 ，其 间 距 在 ２．０５～７．５４ｍ，平 均 ４．８１ｍ。
性 ，在 每 一 步 的开 挖 中 ，采 空 区正 下 方 位 簧 处 应 力 值 最 小 ．两 帮 出现 应 力 集 中现 象 ， 这 也 导 致 底 板 两 侧 位 置 产 生 变 形 破 坏 ，形 成 压 、剪 破 坏 区 ；当 整 个 过 程 打 到 稳 定 时 ，应 力 的 最 大 值在煤 壁前后 方 ，最大数 值达 １９．６６ＭＰａ：最 小值 始终 在采空 区 底 板 下 方 位 置 ３ １ 煤 层 开 采 底 板 隔 水 层 厚 度 分 析
煤层工作面开采后底板扰动破坏深度探查方法
［ 摘
Ｏ 引 言
朝川 矿一 井位 于河 南汝 州 ，开采 二 叠 系山西
组二 煤层。 属于水文地质条件极复杂矿井 ， 自 上 世纪 ７ ０ 年代建设开采以来 ， 曾多次发生回采工作 面底 板 承压 水 突水事 故 ］ 。由 于煤层 开 采 引起 的 矿 山压 力作 用 ，必定 造成 底板 岩层 遭 到扰 动破 坏
有 随深 度增加 岩溶 发育 减弱 趋势 。 据 勘探 、 补勘 抽
１ 回采 工 作 面 特 征
二 ， 一 ２ １ ０ ９ ０回采 工 作 面 位 于 一 井 二 水 平 暗
水试 验 资 料 ， 该 含 水层 渗 透 系数 ０ ． １ ３ ７ １ ４ ． ４ ｍ ／ ｄ ， 单位 涌 水量 ０ ． ０ ４ １ ４ — ２ ３ ． ９ ８ Ｕｓ ・ ｍ， 属强 含 岩 含 水 层 联
主、 副斜井以东 ， 北部为未采动区 ， 南部为采空区。 工 作 面走 向长 ７ ５ ２ ｍ， 倾斜 宽 １ ８ ０ Ｉ ｌ ｌ ， 煤 层 平 均厚 度３ ． ８ ｍ， 倾向３ ３ ７ 。 ～ ３ ５ ９ 。 ， 平均 倾角 １ ８ 。 左 右 。井
而产 生大量 的裂 隙 ， 其破 坏影 响 的厚度 即为 “ 底 板 破 坏深 度 ” 。在底 板 扰动破 坏 深度 范 围之 内 ， 岩 层 其 连续 性 和 隔水 性受 到破 坏 ，当裂隙 与深 部 的承 压 水导 升带 沟通 时 ， 则必 然发 生底 板突 水事 故 。 矿 井 长 期 以来 未 取 得 煤层 底 板 扰 动破 坏 深 度 数据 ， 多借鉴采用“ 统计公式法” ｌ ２ 计算 得 出 ， 是 否 与 朝
煤 层 工 作 面 开 采 后 底 板 扰 动 破 坏 深 度 探 查 方 法
050-底板采动导水破坏带深度求取方法研究
h1 =0.7007 +0.1079L
(3)
h1 =0.303L0.8 h1 =3.2 +0.085L 式中 , h1为底板采动导水裂缝带深度 , 式工作面斜长 , m。
(4) (5) m;L为壁
(5)煤层底板的抗破坏能力 煤层底板的抗
破坏能力是煤层底板岩石强度 、 岩层组合及原始裂
隙发育状况的综合反映 , 抗破坏能力越强底板导水
破坏深度越小 , 抗破坏能力与岩石力学Rc· C1 · C2 /15
(6)
式中 , D为底板抗破坏能力 , MPa;Rc为岩石单项
抗压强度 , MPa;C1为节理裂隙影响系数 ;C2为分 层厚度影响系数 。
另外 , 基础数据无法取得时 , 可根据底板岩石
类型 、 岩层组合及原始发育状况综合确定煤层底板
[ 关键词 ] 煤层底板 ;底板采动导水破坏带深度 ;地质采矿条件 ;SVM;回归模型 [ 中图分类号 ] TD327.3 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1006-6225 (2010) 05-0038-04
CalculationMethodsforDepthofFloorWater-conductiveFissureZoneInducedbyMining
大 , 煤层底板破坏就越严重 。 文献 [ 4] 的实测资
料统计结果表明煤层底板破坏深度与开采深度成正
比例关系 :
h1 =0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579 (1) 式中 , h1为底板采动导水破坏带深度 , m;H为开 采深度 , m;α为煤层倾角 , rad;L为壁式工作面
DO I :10.13532/j .cnki .cn11 -3677/td.2010.05.031 第 15卷 第 5期 (总第 96期 )
承压水上开采煤层底板破坏深度数值模拟及实测研究
试孔在内的 ３ ０ｍ ２０ｍ的地块 ， ０ ￣ ６ 高取 １０ｍ， ０ 煤厚
取 １２ｍ， 层 顶 板 取 ４ 底 板 取 ５ ． 煤 ３ｍ， ７ｍ。模 型 前
２ 数 值 模 拟 研 究
２ １ 工 程地 质模 型建 立 ． 根 据煤 层开 采情 况 ， 取在 三 维 坐标 系统 中 ， 选 以
了下组 煤 开采 底板 采 动矿 压显 现 规 律及 底 板 采 动破 坏 范 围 的第 一 手资 料 。通 过对 工 作 面进 行 采 动底 板
变 形 实测 ， 模： 据某 矿 综采 工作 面煤 层 顶 、 根 底板 岩 层 组 合及 结构 性 质 特 点 ， 立 了反 映 完 整底 板 岩 层 组合 建 的工 程地 质模 型 ， 通过 Ｆ Ａ 如软 件 数值模 拟 分析 了煤 层 开采过 程 中底 板 应 力及 破 坏特 征 ， 果 表 明 ： ＬＣ 结 煤
００ ） ３ ６
１ 煤 、 ６ 泥岩 、 粉砂 岩 、 中砂 岩 、 砂岩 ７个 工 程地 质 细 岩组 。沿倾 斜 方 向采 动底板 主 要影 响 因素 的工程 地 质模 型及 边 界条 件见 图 １ 。模 型空 间范 围 取包 含 测
作者简 介 ： 瑞朋 （９７ ） 男 ， 徐 １８ 一 ， 山东潍坊人， 硕士研究生， 从 事煤矿 工程地 质方 面 的研 究工 作。Ｅ— ａ ：ｒ５ １２ ｘ ＠ ｍ ｉ ｘ ７０ ２ｒ ｌ ｐ ｐ
煤 层底 板 基 点 为 坐标 原 点 ， 板 底 面 为 Ｘ Ｙ平 面 ， 底 Ｏ 倾斜 水平 投 影方 向为 Ｙ轴 正方 向 ， 层 走 向为 轴 煤 方 向 ， 直 向上 为 ｚ轴 正 方 向 。结合 工 作 面 的开 采 垂 实 际 ， 过对 相 关地 质 资料 的综 合分 析 ， 通 将研 究 区 内
矿山压力对煤层底板破坏深度的数值分析
１４西安科技大学学报２００７生图３底板破坏演化过程之一Ｆｉｇ．３Ｆｉｒｓｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｌｏｏｒｂｒｅａｋａｇｅ图６底板破坏演化过程之四Ｆｉｇ．６Ｆｏｕｒｔｈｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｌｏｏｒｂｒｅａｋａｇｅ图４底板破坏演化过程之二Ｆｉｇ．４Ｓｅｃｏｎｄｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｌｏｏｒｂｒｅａｋａｇｅ图７底板破坏演化过程之五Ｆｉｇ．７Ｆｉｆｔｈｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｌｏｏｒｂｒｅａｋａｇｅ图５底板破坏演化过程之三Ｆｉｇ．５Ｔｈｉｒｄｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｌｏｏｒｂｒｅａｋａｇｅ图８底板破坏演化过程之六Ｆｉｇ．８Ｓｉｘｔｈｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｌｏｏｒｂｒｅａｋａｇｅ２．２．３底板破坏深度煤层底板破坏是一个十分复杂的问题，通过用Ｆ—ＲＦＰＡ２０软件对城郊煤矿２１１３工作面的数值模拟结果表明，超前支承压力对底板的破坏深度约为１１ｍ，老顶初次来压对底板岩层的破坏深度约为１４ｍ，周期来压对底板岩层的破坏深度大约为１２ｍ。
３结论１）老顶的初次垮落步距为２４ｍ，周期性垮落步距为２０ｍ。
２）城郊煤矿在开采过程中，矿山压力对底板的破坏深度范围在１１～１４ｍ。
３）老顶初期来压对底板岩层的破坏深度最大，在此处最易发生突水事故；周期性来压对底板岩层破坏深度较前者小，在此处突水几率次之；在非来压过程中矿山压力对底板破坏深度最小，突水几率最低。
参考文献Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ虎维岳．矿山水害防治理论与方法［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２００５．ＨＵＷｅｉ·ｙｕｅ．Ｔｈｅｏｒｙａｎｄｍｅａｓｕｒｅｏｆｍｉｎｅｗａｔｅｒｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｕｒｅ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＨｏｕｓｅ，２００５．周笑绿，杨国勇，郑世书．东滩矿３煤顶板突水的影响因素［Ｊ］．采矿与安全工程学报，２００６，２３（３）：２８１－２８４．ＺＨＯＵＸｉａｏ－Ｉｖ，ＹＡＮＧＧｕｏ—ｙｏｎｇ，ＺＨＥＮＧＳｈｉ—ｓｈｕ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｗａｔｅｒｂｕｒｓｔｉｎｔｈｅｒｏｏｆｏｆＮｏ．３ｓｅａｍｉｎＤｏｎｇｔａｎｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｉｎｇ＆ＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６，２３（３）：２８１—２８４．施龙青，朱鲁．矿山压力对底板破坏深度监测研究［Ｊ］．煤田地质与勘探，２００４，（６）：２０—２３．ＳＨＩＬｏｎｇ－ｑｉｎｇ，ＺＨＵＬｕ．Ｍｏｎｉｔｏｒｓｔｕｄｙｂｒｏｋｅｎｆｌｏｏｒｄｅｐｔｈｃａｕｓｅｄｂｙｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅ［Ｊ］．ＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ＆Ｅｘｐｌｏｒａ－ｔｉｏｎ，２００４，（６）：２０—２３．高航，孙振鹏．煤层底板采动影响的研究［Ｊ］．山东矿业学院学报，１９８７，（１）：１２—１７．ＧＡＯＨａｎｇ，ＳＵＮＺｈｅｎ·ｐｅｎｇ．Ｓｔｕｄｙｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｍｉｎｉｎｇｃｏａｌｆｌｏｏｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８７，（１）：１２—１７．李抗抗，王成绪．用于煤层底板突水机理研究的岩体原位测试技术［Ｊ］．煤田地质与勘探，２００３，（３）：３１－３３．ＬＩＫａｎｇ－ｋａｎｇ，ＷＡＮＧＣｈｅｎｇ—ｘｕ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｓｔｒｅｓｓｏｆｒｏｃｋｉｎａ８￥ｕｓｅｄｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｗａｔｅｒ·ｉｎｒｕｓｈｆｒｏｍｃｏａｌｆｌｏｏｒ［Ｊ］．ＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ＆Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，２００３，（３）：３１－３３．唐春安，王述红，傅宇方．岩石破裂过程数值试验［Ｍ］．北京：科学出版社，２００３．（下转第６０页）１ｊ●１Ｊ１Ｊ１Ｊ１Ｊ１Ｊｎ心口ｌ！Ｊｂ№矿山压力对煤层底板破坏深度的数值分析作者：刘洋， LIU Yang作者单位：煤炭科学研究总院西安研究院,水文地质研究所,陕西,西安,710054刊名：西安科技大学学报英文刊名：JOURNAL OF XI'AN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：2008,28(1)1.齐黎明;林柏泉;支晓伟基于RFPA-Flow的马家沟矿突出数值模拟[期刊论文]-西安科技大学学报 2006(02)2.唐春安;王述红;傅宇方岩石破裂过程数值试验 20033.李抗抗;王成绪用于煤层底板突水机理研究的岩体原位测试技术[期刊论文]-煤田地质与勘探 2003(03)4.高航;孙振鹏煤层底板采动影响的研究 1987(01)5.施龙青;朱鲁矿山压力对底板破坏深度监测研究[期刊论文]-煤田地质与勘探 2004(06)6.周笑绿;杨国勇;郑世书东滩矿3煤顶板突水的影响因素[期刊论文]-采矿与安全工程学报 2006(03)7.虎维岳矿山水害防治理论与方法 2005本文链接：/Periodical_xakyxyxb200801003.aspx。
司马煤业1110工作面地面沉降变形测量方法初探
司马煤业1110工作面地面沉降变形测量方法初探吕远【摘要】煤矿生产安全事故越来越受到国家和企业的重视,其中采空区地表沉陷变形破坏影响范围大,造成的危害深远,很难进行处理和恢复,是煤矿开采过程中需要重点关注的问题,因此煤矿开采建设过程中地面沉降变形是十分重大的隐患,如何精确分析和预测煤矿开采过程中所带来的影响和破坏能力是每一个煤矿企业都需要解决的,这就需要对于开采工作面进行测量和监测.针对这一问题,文章以司马煤业1110工作面作为研究对象,通过分析该煤矿开采工作面的工作方式,地形地貌和地质环境,提出了针对性的监测方案,同时分析了其观测点构造和数据整理方法,取得了较好效果,对于煤矿沉降变形测量方法和应用具有一定借鉴意义.【期刊名称】《煤》【年(卷),期】2016(025)010【总页数】3页(P71-72,74)【关键词】司马煤业;地面沉降;测量【作者】吕远【作者单位】潞安集团司马煤业有限公司,山西长治 047105【正文语种】中文【中图分类】TD325煤炭资源在我国自然资源中占有很大比重，我国的经济发展离不开煤炭的贡献。
从20世纪末开始，我国对于煤矿的开采量和开采销量均有较大提升，但是过量开采所带来的环境问题却没有得到重视[1]。
煤矿过量开采最直接的环境地质灾害体现在采空区的地表沉陷变形上，由于地下水位下降和岩土体本身物理力学强度不够，采空区发生变形破坏的可能性较大，地表建筑物因此遭受破坏，人的生命财产安全得不到保障。
司马煤矿属于现代化机械矿井，其年生产量约300万t，井田地形地貌平坦，上覆第四系冲积层厚度约为170 m。
由于矿区上部村庄建筑物密集，村庄下压煤问题非常突出，严重影响着工作面的合理布置和矿井的发展[2, 3]。
因此，如何研究和分析开采工作面的地表沉降规律，合理预留上部建筑物位置，解决村庄下压煤矿问题是十分必要的。
通过现场系统观测和理论研究，还能够达到如下目的：①求出该矿区的各种移动角、边界角等变形参数；②矿区地表及地下沉陷系数以及预计变化参数；③总结分析变形沉陷规律；④求出地表裂缝和破坏规律；⑤通过系统研究，为今后开展建筑物下和村庄下采煤打下坚实基础。
陷落柱对W矿3#煤层底板破坏和隔水性能的影响
面应变数值模拟模型， 力学模型示意图如图 １ 所
示 。 回采 ３ 煤层 时深 度为 ３ ９ｍ， 度为 ６ｎ， 撑 ９ 厚 ｌ模 型左 、 右两 侧为水平 方 向位移 约束 ； 部受 ５ Ｍ ａ 底 Ｐ 的水压 ， 且为铅 垂方 向位移约束 。
Ｖ０ ． ３ Ｎｏ ３ １２ ． Ｃ ．２ １ Ｓｐ ０ ０
陷 落 柱 对 Ｗ 矿 ３ 煤 层 底 板 破 坏 和 隔 水 性 能 的 影 响 ＃
王路珍 孔海陵 陈 占清 ， ，
（ ． 城工学院 基 础教学部 ， １盐 江苏 盐城 ２４ ５ ； ． ２ ０ １ ２ 中国矿业 大学 理学院 ， 江苏 徐州 ２ １０ ） ２０ ８
文章 编号 ：６ １ ５ ２ （０ ０ ０ ０ ６ ０ １７ — ３ ２ ２ １ ） ３— ０ ２— ４
煤矿 水害是 与瓦斯 、 尘等并 列 的煤矿 生产 煤 过 程 中的 主要 安全 灾 害之 一 ， 一直 是煤 矿 灾 害防 治 的重点 ¨以Ｊ 。据不完全 统计 ， 过去 的 ２ 在 Ｏ多年
１ 力 学模 型 的 建 立
根据 所选取 的 ｗ 矿 某钻孔柱状 图 ， 合并 岩性
里 ， ２０多个 矿井 被水 淹 没 ， 亡 １７０多人 ， 有 ５ 死 ０ 经 济损失 高达 ３０多亿元 人 民 币。最 近 几 年 ， ５ 由
于高强度采煤 方法 的普遍 应用 ， 成煤 矿 突水 事 造 故呈现 出上升 的趋势 。
地下水进行长期的溶蚀作用而形成的。在石灰岩 中古代 溶 洞非 常发 育 ， 由于地 下 水 的不 断 溶蚀 、 洞穴越来越 大。在地 质构造力 和上部覆 盖岩层 的 重力 长期作用 下 ， 有些溶 洞发生坍 塌 ， 时覆盖在 这 上部 的煤系地层 也 随之 陷落 ， 于是 煤层遭受 破坏 。
相似材料模拟实验
2010年《开采损害学实验》一、实验名称：蒲白矿务局马村矿西固镇下煤层开采二、实验目的：本次实验以马村矿西固镇下煤层开采为模拟对象，本次实验的主要目的是测定煤柱所受压力及其煤柱的稳定性和地表的沉陷情况。
三、主要实验仪器、设备XKY021型应变桥智能数据采集仪，电脑，YHD-50型位移计，BW型箔式微型压力盒，数据转换仪，P20R-17型预调平衡箱，YJD-17型静动态电阻应变仪四、实验模型采用的相似条件及原理⑴相似条件根据模拟开采长度和煤层的埋深，本次的实验采用3m长，2.5m高，20cm宽的模型架。
模拟煤层的埋深为238.7m，从地表至煤层底板共29个岩层，其中有些岩层厚度较小或有的岩层和相邻岩层的岩性相近按同一岩层计算，模型比例1：150，模型顶板高度为1.6m。
⑵模型材料的配比原理模型材料配比的理论根据是相似三大定律。
其中运动学相似在本次模拟中很显然满足，不再加以赘述。
根据以上要求，本次实验所采用的主要材料如下：主料砂；辅料大白粉、熟石膏、云母、水，其中煤层的配比时要加入粉煤灰。
由于模型材料的主料是砂，辅料占比重较少，不影响模型材料的比重，所以，除煤层外，其它各层的比重均按1600kg/m3计算。
根据以上相似比计算公式和各岩层的岩石物理力学性质，可计算出模拟实验各岩层相似材料配比具体见表1。
表1 模拟实验各岩层相似材料配比注：其中煤的配比中，需加入17.28kg的粉煤灰五、模拟实验现象及数据分析⑴实验现象在开采过程中下沉数据和煤柱应力的记录应考虑气温的变化所引起的模型支架钢梁的伸缩对测量数据的影响，所以本次实验规定在中上午11：00记录数据，且在开采过程中记录模型岩层所发生的变化。
⑵数据分析模拟实验数据分析，可分为两大部分，煤柱稳定性、煤柱所受应力分析和地表沉陷分析。
通过分析确定煤柱的稳定性、分布的合理性及控制覆岩变形破坏程度的能力。
①煤柱稳定性、煤柱所受应力数据分析煤柱应力采用两组共10个应变块测定，采用应变桥智能数据采集仪采集，以数据库的形式保存。
相似材料模拟在研究煤层底板采动破坏规律中的应用
相 似材 料模 拟在研究煤层底板采动破坏规律 中的应 用
王吉松 ， 关英斌 ， 尚信 ，丁喜桂 ， 鲍 何虎军
（ ． 北 工程 学 院 资源 学 院 ， 北 邯 郸 ０ ６ ３ ； ． １河 河 ５ ０ ８ ２ 邯郸 矿 业 集 团 陶 二煤 矿 ， 北 邯郸 ０ ６ ０ ： 河 ５１５
３ 山东科技大学 地球信息科学与工程学院，山东 青岛 ２ ６ １ ） ． ６ ５ ０
ｄｓ ｌｃ ｍｅ ｔｃ ａａ ｔｒ ｔ ｓ ｏ ｏ ｌｓ ａ ｆ ｏ ｔｅｓ ｉ ｎｉｇ ｔ ｅ ａ ｔｏ ｓ ｉｔｏ ｕ ｅ ｅ ｓｕ ｙ ｏ ｉ ｒ ｉｐａ ｅ ｎ ｈ ｒ ｃｅｉ ｉ ｆｃ ａ ｅ ｍ ｏ ｒ ｓｒｓ ｎ ｍｉｎ ，ｈ ｕ ｒ ｒ ｄ ｃ ｄ ｔ ｔｄ ｆ ｆ ｌ ｅ ｓｃ ｌ ｈ ｎ ｈ ａｕ
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ｈ ０ ０ ３ Ｈ 一 ２ ７ １５ ＋ ｌ ． ｌ ． ＝ ．４ ６ ７ ．３ Ｍ ２６ ｌ ７ Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ａ ａ ｆ ｏ ； ａ ｌ ｅｒ ｇ ｌｒｔ ； ａｌ ｅｄ ｐ ｈ； ｉ ｌｒ ａｅ ａ ｉ ｌｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｌ ｍ ｏ ｒ ｆ ｉ ｕ ａ ｉ ｆ ｉ ｅ ｔ ｓｍｉ ｔｒ ｌ ｍｕ ａ ｉ ｅ Ｓ ｌ ｒ ｕ ｅ ｙ ｒ ｕ ａｍ ｉ ｓ ｏ
某矿煤层底板采动破坏规律数值模拟研究
【 关键词 】 变形 ； 底板 数值模拟； 充分采动
如图 １ 示 ， 型长度为 ３０ 高 度为 １Ｏ 网格 划分为 １０ 所 模 ０ ｍ． ｌｍ． ５ｘ ７ 共 １１０ 网格 。１２ 个 节点 ，考虑边界对工作面开采过程 的影 ４ １０ 个 １３５ 地下煤岩体 在采动之前 。 于原岩应力平衡状态 处 而采动破坏 了 响作 用 ， 工作面的开切眼位于距左 边界 ５ｍ处 ． 划开采 ２ ０ 为符 ０ 计 ０ ｍ． 这种原有 的平衡稳 定状态 ．采动 区域 的应力场会发生调 整并重新分 合开采实际 ， 模拟计算从 形成初始应力场 开始 ． 并沿采煤 工作 面走向 布， 以达到新的平衡状态。其 间。 围岩在采动 中发生变形 、 破断和结构 分 步进行 。 在模拟过程 中． 煤层开采将开挖范围的实单元变成空单元 ． 破坏 ， 由此呈现 出顶板 冒落 、 支架受载 回缩 、 瓦斯突 出、 板底 鼓及采 底 每次工作面推进长度为 ｌｍ 充分模拟底板采动破 坏的特征 Ｏ． 动裂隙发育导通含水层 等现象 ． 对煤矿安全高效生产的实现造成 了很 大 困难 。 本文结合某矿开采 的生产实际 ． 在分 析工程地质条件 、 文地质 水 条件及开采的基 础上 ． 运用 Ｆ Ａ Ｌ Ｃ软件对深 部开采条件下底板采动破 坏效应进 行数值模 拟， 研究工作面推进过程中底板 中应 力场 、 位移 、 塑 性破坏 区的变化规律 ． 定底板的破坏 范围 ． 确 为采场底板 的控 制和煤 矿水害的防治提供参考依据 。
岩石名 厚度 Ⅲ 密度 Ｄ 体积模 剪切模 内聚力 摩擦角 抗拉强 ／ 量 量 Ｇ ／ 度 ｏ／ ＇ ｔ
称 Ｋ／ ｇｍ３ ＧＰ ａ
ＧＰ ａ
ｃＭＰ ／ ａ
。
ＭＰ ａ
９ 煤 底板砂
石
煤层底板破坏深度研究
从应力增加和减少两个阶段可以看出， 埋深 ６０ 、 ．ｍ
作者简介 ： 徐建国（９ ６一）， ， １６ 男 山东 高唐 人 ，９９年毕业 于山东 １８ 科技大学 ， 副总工 ， 工程师 ， 从事矿井水文地质 、 水害防治方 向的管理
由于 开采 过 程 中应 力 监 测难 以进 行 和 底 板 破 坏 深 度难 以 直 接测 量 。
２ 煤 层 底 板 应 力 与 底 板 位 移 实测
３ １ 回采 工作 面推进 过程 中底 板应 力 的变化 ． 在工作面顺槽安装 应力监 测传感器 ， 分别安装 在 底板 以下 ６ ０ １ ． ｍ、４ ０ ２ ． ｍ， 回采工作 面 ． ｍ、０ ０ １ ． ｍ、２ ０ 距
巷道开挖后 改变 了围岩的原 岩应力 状态 ， 引起应 力 的重新分布 ， ｌ 示 为井 下巷道 开挖后 应力 的重 图 所 新分布状况。
巷 道开挖 前
＋ ● ● ● ● ● ‘ ● ● ●
图 ｌ 井下巷道开挖 引起的应力重新分布 示意图
从 图 １中可以看 出 ， 由于巷 道开 挖后 引起应 力重
和研究工作。
１６ ２
夯 ． 蒺 科技
２ ９ 第６ ０ 年 期 ０
浅谈 掘 进机 液 压 系统 污染 控 制
史学 嵩 ， 王
摘 要
琦 ， 洪 宝 王
２ １２ ） ７ ２ １
（ 东新 汶矿 业 集 团 协 庄煤 矿 ， 东 新 汶 山 山
本 文阐述 了掘进机液压系统污染的危害与原因， 同时阐述 了液压系统安装 、 输、 用过 程中的污染控制。 运 使
１７ 开始监测读数 ， ０ ｍ， 采过 １ｍ时监测结束。 ６ 受工作面 回采 的影响 ， 布置在 巷道底 板 以下不 同 深度应力传感器的应 变量均发生 了变化 ， 埋深不同 ， 应 力变化 的幅度不 同 ， 动对底板 应力影 响的程度与 监 采 测应力传感器距 回采工作面的距离密切相关 。 随着工作面的推进 ， 底板应力变化分为 四个阶段 ： （） １ 应力 响应 阶段 ： 距工作 面的距离 大于 ２ ｍ， ０ 工 作面 回采对底板应力影响的开始阶段 ， 应力 开始显现 ， 但显现较弱 ， 应力增加的幅度很小 。 （） ２ 应力增加 阶段 ： 工作 面的距 离一般 为 ２ 距 Ｏ～ ２ 工作面回采造成 底 板应力 明显 增加 ， ｍ， 水平应 力 与 垂直应力 均显著增加 ， 并达到最大增加值 。 （） ３ 应力 减小 阶段 ： 工作 面 的距 离一 般为 ２～ 距 １ｍ， ０ 工作面 回采造成底板嘘 力 明显减小 ， 水平 应力 由压应力变 为拉应力 ， 直应力 明显减小 。由受 水平 垂 挤压发展为受水平 引张 的应 力状 态， 引起 底板岩 体产 生节理或裂隙等结构面 ， 导致底板发生破坏 。 （） ４ 应力恢 复 阶段 ： 作 面推 过应 力传 感器 １ｍ 工 ０ 后， 应力 由减小变为增加 ， 应力开始呈恢复趋势 。 ３ ２ 底板 以下不 同深度 应力 变化 ．
煤层底板破坏深度现场测试与数值模拟对比研究
煤层底板破坏深度现场测试与数值模拟对比研究黄欢;刘其声;姬亚东【摘要】On the basis of borehole sectional water injection test principle, designed CS-4, CS-5 and CS-6 three boreholes, using bore⁃hole double ended water plugging equipment carried out coal floor failure depth test for coal 6U No.01 working face in Huangyuchuan coalmine, Jungar coalfield;the site measured failure depth is 34.9m. Meanwhile, using FLAC3D numerical simulation software, simulat⁃ed working face mining stress distribution pattern, plastic zone distribution, floor rock displacement features and floor failure depth un⁃der different cut widths during mining process. The result has shown that the floor failure depth is 36m from numerical simulation, kept accord with site measured. Floor failure depth increasing with increasing of working face cut width;until the width increased to 250m the increasing amplitude will be lowered. So that the working face large cut width will intensify floor failure extent.%以钻孔分段注水试验的原理，设计CS-4、CS-5、CS-6共3个测试钻孔，采用钻孔双端堵水设备对准格尔煤田黄玉川矿6上01工作面进行底板破坏深度测试，现场实测其破坏深度为34.9 m。
深部开采煤层底板采动变形破坏规律研究
ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍ ｓ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｂ ｕ ｒ ｉ ｅ ｄ ｄ ｅ ｅ ｐ ｌ ｙ ａ ｎ ｄ ｗ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ａ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｉ ｆ ｎ ｅ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ａ ｍ ｉ ｎ ｅ ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ — ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ
文章编号 ： １ ０ ０ ８ — ４ ４ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ０ ８ － 动变 形 破 坏 规律 研 究
唐 鑫 ， 姜振 泉 ， 雷 娟 ， 李彦彬
（ １ ． 中国矿业大学 资源与地球科 学学院， 江苏徐州 ２ ２ １ １ １ ６ ；
ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ １ ３ ０ ５ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｉ ｎ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｒ ｏ ｏ ｆ ａ ｎ ｄ ｌ ｆ ｏ ｏ ｒ ｒ ｏ ｃ ｋ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ａ ， ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｗ ａ ｓ ｍａ ｄ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｚ ｏ ｎ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｅ ｐ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｆ Ｌ ＡＣ ３ Ｄ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ， ｉ ｔ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｏ ｏ ｒ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ａ ｎ ｌ ＇ ｂ ｅ ｉ ｎ ｇ ｍｉ ｎ ｅ ｄ ｉ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ２ ２ ｍ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕｌ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｓ ｅ ａ ｍ ｌ ｆ ｏ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｏ ｆ ｉ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ．
煤层开采底板破坏深度发育规律探析
４ ０ 。 ４ ５
４ ８ ｏ １ ５
－ ３ ５ ． ３
－ ３ ６
５ １
５ ２ ． ４
１ ８ ． ５
１ ９ ． ７
２ ． 底板破坏深度计算与监测
２ ． １ Ｒ Ｆ Ｐ Ａ ２ Ｄ软件数值模拟 岩石破裂过程 分析系统 Ｒ Ｆ Ｐ Ａ ２ Ｄ通过考虑材 料的非均匀性 来模 拟材 料的非线性 ． 通 过单元 的弱化 来模拟材料变 形 、 破坏 的非连续行 为， 模拟采动覆 岩变形 与破断规律 根 据工 作面附近 １ 煤底板各岩层 岩石力学参数结 合工作面 实际开采条件建立 与实际情况基 本吻合 的 数值计算模 型 ． 对工作 面开采过程 中底板破坏深度进行模拟 采用 ＲＦ Ｐ Ａ２ Ｄ软件 建立 的模型 中加煤 层在 内共 １ ６层 ．煤 厚为 ５ ｍ。 数值模型水平方向为 ３ ５ ０ ｍ． 垂直方向为 ２ ０ ０ ｍ。 数值计算 时此模 型 被划分为 ｌ ｘ ｌ ｍ的正 方形 网 右开挖 ， 开挖长度为 １ ５ ０ ｍ， 每个开 挖步距 为 １ ０ ｍ． 共 １ ５ 步． 两侧各 留 １ ０ ０ ｍ煤柱 。 岩层与岩层之间设有强弱不等的层理 模 型中岩层亮 度越 高． 说 明其弹性模量越大 通过数 值模拟 ， 可 以观 察到 ： 当工作 面推进到 ６ ０ ｍ时 ． 底板破坏 深度达到 １ ２ ｍ ； 随着工作 面的继续推进 ， 破 坏范围继续 向下发育 ， 当推 进到 １ ０ ０ ｍ． 底板破坏深度达到 ｌ ８ ． ５ ｍ左右 ： 当推进 到 １ １ ０ ｍ． 底板破坏 深度达到 １ ９ ｍ左右。此后 ， 破坏深度基本保持不变 。即当工作面推进 到 ｌ Ｏ Ｏ ｍ以后 ， 随着采场的推进 。 底板破坏深度变化趋于平缓 （ 图１ ） 。
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实用技术总第212期doi: 10. 3969/j. issn. 1005 -2798.2017.04.017司马堞# 3号堞层成权采鲂破坏深皮教值模拟砑堯魏鹏(潞安集团司马煤业有限公司，山西长治047105)摘要:根据井下底板、含水层条件和生产安全需求，文章对司马煤矿3号煤层开采过程中底板采动破坏深度进行了数值模拟研究，研究结果表明:开采引起的底板裂隙最大破坏深度为17. 5 m,但3号煤层距离奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙极强富水含水层较远,所以绝大区域3号煤层的开采是安全的。
关键词：采动裂隙；数®模拟；破坏深度；突水中图分类号:TD745 文献标识码：B 文章编号= 1005-2798 (2017) 04-0048-03水、火、瓦斯、粉尘和动力地质灾害共称为我国 煤矿的五大灾害，其中矿井水害造成的人员伤亡最 大。
我国煤田主要分布于华北地区，而我国华北地 区的主要充水含水层为奥陶系石灰岩含水层。
建国 至今发生的重大矿井水害主要充水水源均来自于奥 灰含水层，如1963年焦作矿区的李封矿矿井突水、1984年开溧矿区的范各庄突水事故、2013年淮北矿 区的桃园矿陷落柱突水等，我国华北地区的各省份 均发生过大型奥灰突水事故。
底板突水主要是由于在煤层采动和含水层水压 的共同作用下，底板采动破坏带和含水层相贯通而 导致的，因此底板采动破坏规律一直是矿井水害防 治的重点研究工作。
本文从司马煤矿的实际水文地 质情况出发，通过钻孔数据及室内试验结果取得的 数值模拟计算参数，利用数值计算手段对司马煤矿 3号煤层的底板采动破坏深度和应力分布规律进行 分析，评价司马煤矿3号煤层开采的奥灰突水危险 性。
1数值计算模型建立1.1矿井水文地质条件司马煤矿位于长治县境内，行政区划隶属长治 县苏店镇，北距长治市14 km。
矿界西北以太焦铁 路东侧保安煤柱与南寨煤矿相望，南与经坊煤矿为 邻，东部为3号煤层露头线，西部与高河井田接壤。
本区域主要含水层包括中奥陶系中统石灰岩岩 溶裂隙含水层(极强富水含水层，水位标高为624〜643 m)，石炭系太原组石灰岩岩溶裂隙含水层（弱富水含水层，水位标高为794 ~714 m)，二迭系下统 山西组砂岩裂隙含水层（弱富水含水层，水位标高 为876〜850 m)，二迭系石盒子组砂岩裂隙含水层(弱富水含水层），基岩风化带裂隙含水层（弱富水 含水层，水位标高为876 ~ 850 m)。
而司马煤矿三 采区3号煤层的底板标高为610〜720 m，虽部分奥 灰承压，但区域内存在断裂构造(陷落柱、断层）发 育，因此3号煤层开采存在奥灰隐患。
1.2 矿区构造司马煤矿三采区构造较为发育，落差大于10 m 的断层有12条，其中10条断层为正断层，在采动和 水压的共同作用下易发生采动活化。
断层主要集中 于采区西南部和北部，尤其是西南部的看寺断层、安 城断层和DFpDFpDF;断层相连区域在采动影响 下具有严重的水害隐患，应进行重点防治。
三采区共发育陷落柱27个，其中实际揭露陷落 柱1个，物探探测26个。
陷落柱平面上的几何形态 大部分为扁平椭圆形。
3号截面平均长轴直径为 61. 1m，平均短轴直径为35.8 m。
在该采区内的27 个陷落柱里面，在3号煤层长短轴直径之差大于15 m的有18个，最大的达到了 43 m，因此几何形态 多为扁平椭圆形，只有4个的长短轴直径之差小于10 m01.3 模型参数设置综合考虑煤层及上覆岩层与底板承压含水层对 底板采动破坏规律的影响，数值计算模型应包括采 场上覆岩层与下部奥陶系灰岩承压含水层，结合软 件特点应用F- RFPA2D模拟3号煤层开采时无构造 缺陷底板的采动破坏情况，F - RFPA2D程序工作流 程如图1所示。
司马煤矿3号煤层的平均埋深为316 m，厚 6 m，直接顶为中粒砂岩，底板为粉砂泥岩。
计算模 型在水平方向上长400 m，垂直方向高300 m，模型 顶部250 m覆岩等效均布载荷为6 MPa。
收稿日期=2016-11-30作者简介:魏鹏（1988 -)，男，山西长治人，助理工程师，从事技术管理工作4801______,______,______,______,100200300 400L /m(a)工作面推进20m150 100200 300 400L/m(b)工作面推进60m0 ----------■-----—^-------■----------->100200 300 400L/m(c)工作面推进100m图4 竖觀座*曲线分析，推进至45 m 时_ 5：作面初次来压，顶板开始拷 落，底板破坏深度达到15 m 。
工作面向前推进，硬 岩层逐渐破坏，软岩层则吸收部分能量，保持完整， 底板破坏深度增加缓慢，但破坏范围逐渐扩大。
推进至80 m 时，底板裂隙不再随X 作面的推进而延 深，裂隙的最大破坏深度稳定管I 7. 5 m 。
由于距离 存在高压岩溶水的奥陶石灰岩岩溶裂隙含水层;较 远，所以绝大区域3号煤层的开采是相对安全的cM 3 :采场隱岩剪应力分布及IS 底板破探云图 亮色表示剪.应力大，暗色表示相反含义，黑色区 域表滅采空区或裂隙两种情况。
2.2 底板采动应力变化规律分析3号煤开采过程中，工作面不同的推进距离时 底板隔水关键层顶部竖向应力和剪切应力的分布曲 线如.图4、图5所示。
竖向应力值约为剪切应力值 的2 ~3倍;由于垂向上距I 作面有一定距离，i 作 面推进10 ~20 m 时，应力变化不很明显1;随着：C 作 面的继续推进，应力值变化明显，且应力峰值不断向 前推移，采电区下部的卸压范围也逐渐扩大《LC 作面推进2B m :F - RFPA 2D 建立的物理力学模型如图2所示。
煤层 从左向右推进1〇〇 m ，采动步距为10 m ，：T 作面斜长 25〇 m 。
模型基元取1 m x 1叫总_元数U 0 000个。
模拟过程中，岩環与岩层之间设有强弱不等的，局理，. 所取单元弹模、单轴抗压强度等均按Weibull 随机分 布7岩层的均质系数取3 ~7P 综合司马井田内的钻 探资料及煤层顶底板岩体的物理力学特性测试结果， 为数值计算模型的岩石物理力学参数进行赋值c圈2物動.學_( F - R F P A ®)2模拟结果与分析2.1底板采动破坏深度分析通过数值模拟计算可以得出:3号煤开采过程中s :r 作面不同推进距离对应采动围岩的剪应力分 布情况与采空区围岩裂隙产生、发育扩展、贯通及破 坏过程，如图3所示。
分析图3可知：当;工作面椎进 10 ~2〇 m 財，米空,K 周围剪应力羣对称分布.，且義 开切眼和工作面前方产生应力集中t 工作面继续椎 进，由于岩层分层旦各层力学性质不同，采空区两端 的弧形区域不再对称，但采空区两端的剪切区域范 围不断增大，剪应力值不断增大，说明采空区底板两 端容易发生剪切破坏。
在底板岩S 的组合中，硬岩 层比软岩g 更容易发生剪切破坏。
从围岩破坏角度U itfH filN fl49100200 300 400L /r a(c )工作面推进100 m图5 -初齡曲_3结语本文通过数值模拟方法对司马煤矿3号煤层采 动过程中底板的应力、破坏规律进行了研究5主要研 究结果如下：1)司马媒矿3号煤M 底板裂隙最大破坏深 度为17.5 m ;(上接第31觅）在水的作用下裂隙通道产生了一种 力叫做毛细管力量，瓦斯的渗流通道被毛细管力封 堵，水压越商，毛细管力作用越明显5封堵作用越强，瓦斯抑制效果越明显^2) 煤焉注水后，在径向方向皇5最大润湿半径 为5 ~6 m .，最小为0. 3 ~ 1 m ,并沿轴向方_向祸雜學 極逐渐减小；轴向方向上，，煤层润湿范菌边界约为52 m (以含水率4%为界）。
3)注水过程中添加阻化剂可提升钻孔周围煤 层润湿效果。
4) 高压注水前,S 2108卷道瓦斯涌出董最高 达到6. 21 w V m in ,实施__拄水磨鐘实测得: 3 .MPa 时，卷遣边界瓦斯涌..出儳蠢4. 7 m 3/m i n ; 6麗&1时，卷遣,边界瓦斯涌.出儀金2.7 1113/111111;2)司马煤矿3号煤层采动过程中，底板的最太竖'向应力约为10MPa，最大剪切应..力约为4.5 MPa ；3)爾马_煤矿的奧灰.稼露为624 ~ 643m，3煤层底板标高为610 ~ 750 m ，3号煤层开采奥灰几乎不承压，因此奥灰水害威胁不大，怛需要重点关注 断层、陷落柱等导水构造的影响。
参考文献：l i ]刘树才，刘鑫明，姜志海，等.煤层底板导水裂隙演化 规律的电法探测研究|rl.岩石力学与工程学报. 2009,28(2) ：348 -356.[2]张金才jtf天泉.论煤层底板采动裂隙带的深度及分 布特征&].煤農學报,1990，15(2h46 - 54.試！李飞,张金隱，段李骜麵靡极采动裂腺演化规_ 数值模拟研究IJ ],煤炭科学技术，2014(S1) : 4 -6.[4] 冯梅梅，茅、献彪，白，海波:等.承压水上并采煤层底板隔水层裂隙演化规律的试验研究D岩石力学与：涯学报，2009,2.8(2):336 -341.[5] 翟成卫修君，林桕泉.近距离煤层群采动裂隙演化规律数值模拟研究[f] //中国煤炭学会煤矿安全专业员会学术研i.会食流论=文，2009.W 张帅帅.浅谈如何进行媒矿賴1_合防治程技术，2015(:如）::21 -21.I l O置延蒙.承K 氷作甜卞底板突水机理及靡洽抜术研究 [&:].徐州：中国矿业大学，2015.[«]焦阳.带压煤层底板采动裂隙发育的滞后效•_0.煤 矿蜜全',2015,46(10) ;207 -209.[责任编辑：常丽芳]9 M Pg 财，巷道进界瓦斯涌出量为1.68 m 3/min ,e 总 体上看，随着注水压力的增大，湿润煤体后瓦斯渗流 和解吸都受到明显限制，呈现明显降低的趋势，瓦斯縣姆.暈:降低到_1.68 瓦斯浦出受到高压水的明显抑制，时间维持10 d 左右，可在一定时空关系 上解决掘进期间瓦斯浦出量大、频繁报警问题。
5) 高压注水后，距t 作面1〇〇〜15〇 m 后，测段瓦斯涌出.暈增量趋宁平衡，巷道不同测段地点瓦斯涌出达到均匀状态，更有利于局部瓦斯防治6) 本技术理论可行，应用效果明显，为高瓦矿煤层的快速安全掘进提出了很好的解决方法。
[责任编辑：常丽芳]sw/^^尽敏52 9 63 050。