100-近距离煤层群开采在不同宽度煤柱中的能量分布

近距离煤层群开采在不同宽度煤柱中的能量分布

姜鹏飞,林　健,张　剑,刘　勇

(天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013)

[摘　要]　以汾西矿区近距离煤层群开采为背景,采用F L A C 3D

有限差分程序计算分析了煤层回

采在不同宽度煤柱条件下顶底板煤岩体中的能量分布情况。研究结果表明,煤柱内部及下部煤层中能量集中程度大于岩层中能量集中程度;随着煤柱宽度的增加,煤柱及底板煤岩体能量集中系数逐渐减小,但能量分布范围增大;煤柱宽度对煤柱内部及下部煤岩体能量分布均匀程度有较大影响。研究成果在汾西矿区柳湾煤矿得到了现场验证和应用。

[关键词]　近距离煤层群;能量集中;均匀程度;数值模拟

[中图分类号]T D 822.3 [文献标识码]A [文章编号]1006-6225(2011)01-0052-03

E n e r g y D i s t r i b u t i o no f C o a l P i l l a r s w i t h D i f f e r e n t -w i d t hi nMi n i n g C l o s e C o a l S e a m s

J I A N GP e n g -f e i ,L I NJ i a n ,Z H A N GJ i a n ,L I UY o n g

(C o a l M i n i n g ＆D e s i g n i n g D e p a r t m e n t ,T i a n d i S c i e n c e ＆T e c h n o l o g yC o .,L t d ,B e i j i n g 100013,C h i n a )

A b s t r a c t :

B a s e d o nm i n i n g c l o s ec o a l -s e a m s o f F e n x i m i n i n g a r e a ,e n e r g y d i s t r i b u t i o n o f c o a l a n dr o c ku n d e r d i f f e r e n t p i l l a r w i d t h i n m i n i n g w a s a n a l y z e d b y a p p l y i n g F L A

C 3

D .R e s u l t s s h o w e d t h a t e n e r g y c o n c e n t r a t i o n d e g r e e o f i n n e r a n d b e l o wo f c o a l p i l l a r w a s l a r g e r t h a nt h a t o f r o c k .Wi t h c o a l p i l l a r w i d t hi n c r e a s i n g ,e n e r g y c o n c e n t r a t i o nc o e f f i c i e n t o f c o a l p i l l a r a n df l o o r d e c r e a s e dg r a d u a l l y ,b u t e n e r g y d i s t r i b u t i o n r a n g e i n c r e a s e d .C o a l p i l l a r w i d t hw o u l d i n f l u e n c ee v e nd e g r e e o f e n e r g yd i s t r i b u t i o ni nc o a l p i l l a r a n db e l o wc o a l a n d r o c k b o d y .T h e r e s u l t s w e r e p r o v e da n d a p p l i e d i n L i u w a nC o l l i e r y o f F e n x i m i n i n g a r e a .K e yw o r d s :c l o s e c o a l -s e a m s ;e n e r g y c o n c e n t r a t i o n ;e v e nd e g r e e ;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n

[收稿日期]2010-09-14

[基金项目]国家科技支撑计划项目(2008B A B 36B 07);天地科技股份有限公司科技发展基金(青年技术创新):基于地应力测量的煤矿区域应力的反演计算(T Z -J J -09-K C-3);天地科技股份有限公司研发项目(T Z-G Y-2010-K C -6)[作者简介]姜鹏飞(1984-),男,四川三台人,硕士,从事岩石力学与巷道支护技术等方面的研究工作。

1　概述

近距离煤层群在我国分布非常广泛,储量庞

大。以汾西矿区为例,共有9对主力矿井,有近距离煤层群开采的矿井有水峪煤矿、柳湾煤矿、高阳煤矿、中兴煤矿、河东煤矿和贺西煤矿。水峪煤矿开采9号煤层和10号-11号合并煤层。间距大约1m 左右,均为主要开采煤层。柳湾煤矿主采9号、10号和11号煤层,9号煤和10号煤层间距离大约1.3m ,10号煤和11号煤层间距离大约1.2m 。贺西煤矿主采3号和4号煤层,煤层间距基本都在5m 上下,属于近距离煤层群开采。

煤层开采引起回采空间围岩的变形和应力重新分布,在回采空间周围的煤柱上形成集中应力。煤柱发生变形或破坏,从而引起煤柱内部的能量场发生改变,在煤柱内部及附近煤岩体内形成能量集中。尤其上部煤层回采后所形成的残留煤柱中的能量集中将会向下部煤岩体中传递,从而引起下部煤岩层内的能量改变。

由于矿区煤层的厚度及各煤层的间距由沉积环

境和长期的地质变化所形成,无法改变,大多数条件下只能改变煤柱的宽度来选择巷道布置的位置。因此,研究不同宽度煤柱内部的能量分布特征及在下部煤岩体中的能量传递规律,对于掌握下部煤岩层巷道的矿压显现特征,确定下部煤岩层巷道的合

理位置和支护参数选择具有一定的指导意义[1-4]

。本文以汾西矿区近距离煤层群开采为背景,针对近距离煤层群开采在留设不同宽度煤柱条件下建立数值模型,通过F L A C 3D

数值模拟的方法,研究在不同宽度煤柱下,煤层回采在煤柱顶底板煤岩体中的能量分布规律。2　力学模型及计算参数

根据汾西矿区各矿井近距离煤层群开采深度,数值模型中选取所采煤层埋深为300m ,厚度为2m ,分别模拟煤柱宽度为12m ,15m ,20m ,25m ,30m 和35m 情况下,煤柱及顶底板煤岩体的能量分布情况。数值模型如图1。

数值计算选用应变软化本构模型,三维模型的边界条件为:四周采用铰支,底部采用固支,上部

第16卷第1期(总第98期)

2011年2月

煤　矿　开　采C o a l m i n i n g T e c h n o l o g y V o 1.16N o .1(S e r i e s N o .98)

F e b r u a r y 2011

DOI :10.13532/j .cn ki .cn11-3677/td .2011.01.015