深井厚冲积层综放面覆岩运动规律模拟研究

2014-07-30 05:48:30贾继宝

山西焦煤科技 2014年10期

贾继宝

(汾西矿业集团中盛煤业公司，山西灵石 031309)

1 工作面概况

某矿2301综放工作面在-810水平的二采区，西侧为1#辅助运输大巷保护煤柱，东侧为2302综放工作面，北侧为二采区下山保护煤柱，南侧为村庄保护煤柱。该工作面走向长度为1 627～1 659 m，平均为1 638 m，倾斜长度254 m，面积约410 982 m2，地面标高+44 m，井下标高-790～-850 m。工作面地面投影位置为龙固镇刘庄村北的农田，沙-田高压线(原三-沙线110 kV)斜穿工作面南部。3#煤层的可采指数为1，属于较稳定煤层，煤层倾角3.8°～7.8°，平均5.8°。相关钻孔资料显示，2301综放工作面上覆冲积层厚度大，超过了600 m，地质条件复杂。2301工作面采掘平面图见图1。

图1 2301工作面采掘平面图

2 覆岩运动规律数值模拟

运用FLAC3D数值模拟软件对深井巨厚冲积层下综放工作面的覆岩运动规律进行数值模拟，并通过模拟结果分析深井厚冲积层条件下不同推进距离综放工作面顶板垂向位移的变化规律。经过数值模拟分析得到的结论能够为此类条件下综放工作面的矿压控制提供重要的理论依据。

2.1 FLAC3D数值模型建立

该数值模拟依据2301综放工作面地质柱状图建立，为便于计算分析，模型倾向长度取200 m，走向长度取250 m，冲积层厚度取600 m，左边、右边分别留20 m、40 m过渡区域，煤层厚度取9.00 m。模型顶部受法向均布载荷作用，其大小为上覆自重。数值模型岩层的物理力学参数见表1。

随着综放工作面的不断推进，上覆各岩层破断到一定程度后，会逐渐趋于稳定，稳定时的推进距离约为120 m，推进距离的取值分别为20 m、40 m、60 m、80 m、100 m、120 m，以此来模拟冲积层厚度600 m时的顶板运动规律。

2.2 顶板下沉量模拟及结果分析

冲积层厚度为600 m情况下，推进距离分别取20 m、40 m、60 m、80 m、100 m、120 m，模拟结果见图2。

表1 数值模型岩层的物理力学参数表

由图2可以看出，冲积层厚度600 m不同推进距离条件下，根据煤层顶板23 m处顶板下沉量，得出随工作面推进顶板下沉量存在如下规律：

1) 在一定冲积层厚度下，开采初段开切眼及煤壁处顶板下沉量最小，而采场中部的顶板下沉量最大。顶板垂直方向位移自工作面中部向开切眼与工作面煤壁处逐渐减小。

2) 在一定冲积层厚度下，随工作面推进顶板下沉量逐渐增大，且影响范围也逐渐扩大，影响范围为以采场中部为中心的矩形范围。当推进距离小于工作面长度时，其形状为以工作面倾向方向为长轴，推进方向为短轴的矩形。当推进长度等于工作面倾向长度时，影响范围呈“回”字形；当推进距离大于工作面倾向长度时，则呈现出与推进距离小于工作面斜长时长短轴相反的矩形。

3) 由于3#煤是近水平煤层，因此顶板岩层与3#煤倾斜方向一致。随工作面的推进顶板下沉量逐渐变小。

4) 在不同冲积层厚度下，随着冲积层厚度的增大，工作面顶板下沉量逐渐增大，当冲积层厚度为600 m时，工作面顶板最大下沉量达到253 mm，而在冲积层厚度为400 m和200 m时，顶板最大下沉量分别为173 mm和105 mm，这说明巨厚冲积层下采场顶板相比一般条件下运动更为活跃，其矿压显现也更为显著，这就加大了工作面的支护难度。