急傾斜煤層的沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域劃分研究

1、急傾斜煤層的沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域劃分研究于麗艷閆龍海（黑龍江科技學(xué)院理學(xué)院黑龍江哈爾濱150027）摘 要：對長溝峪煤礦的急傾斜煤層進(jìn)行了數(shù)值模擬并對推采不同距離時(shí)的垂直應(yīng)力云圖進(jìn)行分析得出危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)楣ぷ髅娴?上下端頭與實(shí)際開采情況基本吻合說明數(shù)值模擬方法可為急傾斜煤層安全開采和沖擊地壓的防治工作提供參考。尖鍵詞：急傾斜煤層沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域數(shù)值模擬中圖分類號：tu413 6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a0引言隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展我國對煤炭的需求量也在不斷增長 現(xiàn)階段我國大部分煤礦已進(jìn)入深部幵采階段沖擊地壓現(xiàn)象隨著 幵采深度的逐步增加而越來越頻繁。沖擊地壓發(fā)生時(shí)其沖擊過 程急劇而短暫從幾秒到幾十秒沖出的煤炭屋很大，從

2、幾噸到幾 百噸曾記錄到的礦111沖擊地壓最大震級已超過里氏5級有時(shí) 在幾千米范圍內(nèi)的地面都能感覺到形成大屋煤塵和強(qiáng)烈的空氣 波"如果沖擊地壓發(fā)生在采礦巷道工作面還會對井下巷道、生產(chǎn) 設(shè)備対礦工以及地表的建筑物均造成不同程度的影響。沖擊地 壓的發(fā)生不僅威脅煤礦安全生產(chǎn)，而且影響生產(chǎn)指標(biāo)造成產(chǎn)屋 波動坑木消耗加大噸煤成本提高対礦工安全造成很大威脅 使人員驚恐工人出勤率降低給生產(chǎn)往往造成嚴(yán)重破壞。沖擊 地壓是世界范圍內(nèi)最危險(xiǎn)的礦山動力現(xiàn)象 是煤礦最為嚴(yán)重的自 然災(zāi)害之一。由于沖擊地壓發(fā)生的原因極其復(fù)雜 影響因素頗多且發(fā)生 前無明顯宏觀前兆因此對沖擊地壓的研究已成為巖石力學(xué)研究 的一個(gè)重大課

3、題（t。我國急傾斜煤層分布廣泛 尤其在南方地區(qū)80%的礦區(qū)賦存 有急傾斜煤層國有重點(diǎn)煤礦幵采急傾斜煤層的礦井?dāng)?shù)占17% - 產(chǎn)呈占3 88%在地方煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦中急傾斜煤層的礦井?dāng)?shù)約 占37 58%產(chǎn)屋占7 0%。急傾斜煤層地質(zhì)條件大多數(shù)比較復(fù) 雜開采急傾斜煤層時(shí)易發(fā)生沖擊地壓現(xiàn)象。因此有必要在幵采 前結(jié)合礦山地質(zhì)條件及生產(chǎn)實(shí)際輔以數(shù)值模擬方法劃分出易于發(fā) 生沖擊地壓的危險(xiǎn)區(qū)域，對煤礦沖擊地壓的有效預(yù)測和防治 提供一定的參考，繼而保證了采礦生產(chǎn)的安全順利進(jìn)行提高了 煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。1沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域劃分依據(jù)一般在煤巖體的高應(yīng)力集中區(qū)域處易發(fā)生沖擊地壓現(xiàn)象因 此作者把判斷煤巖體的高應(yīng)力區(qū)域作

4、為劃分沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域 的依據(jù)。而高應(yīng)力集中區(qū)域主要出現(xiàn)在以下幾處33：1）礦井幵采后頂板冒落不充分區(qū)域及開采所形成的垂直應(yīng) 力集中區(qū)域。2）一些特殊煤層處如含瓦斯煤層（尤其在瓦斯壓力或瓦斯 含量增高區(qū)）傾角較大的煤層沒有被解放的煤層。3）具有彈性能的煤柱的上、下方。4）復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造處如火成巖侵入體附近、向背斜急轉(zhuǎn)軸處、 斷層、煤層厚度急劇變化處。當(dāng)然在此區(qū)域內(nèi)并不是說每一處都要發(fā)生沖擊地壓現(xiàn)象只 是一個(gè)把它作為相對危險(xiǎn)的區(qū)域由于產(chǎn)生沖擊地壓的因素頗 多所以要綜合各種因素來考慮比如說煤和巖層本身的物理力 學(xué)特性煤巖所處的地質(zhì)概況及煤層的開采方法等。2數(shù)值模擬2 1地質(zhì)概況長溝峪向斜南翼采區(qū)為單

5、斜地層煤巖層走向在東二' 9剖 面線之間為295。-9剖面線 ' 長溝峪向斜軸部轉(zhuǎn)折端之間為 315°平均為300°。該區(qū)4槽煤層平均傾角為55° 煤層最小厚度 為0 05 m最大厚度為7 m平均煤厚3 3 m 大部分為單層結(jié)構(gòu) 局部為雙層結(jié)構(gòu)。偽頂為粉砂巖厚度0 5 m 極發(fā)育；直接頂為 粉砂巖厚度15 0 m較發(fā)育；老頂為砂巖厚度22 0 m較發(fā)育；底 板為粉砂巖厚度10 7 m不發(fā)育"煤層厚度較為穩(wěn)定穴部分可 采。地質(zhì)儲量29 4萬t可采儲量18 6萬t。2 2有限元模型根據(jù)采區(qū)地質(zhì)和煤巖條件在回采巷道推進(jìn)方向逢立二維數(shù) 值模擬有限

6、元模型。為減小模型邊界效應(yīng)的影響并根據(jù)4槽煤 層頂?shù)装宓膰鷰r力學(xué)特征在模型走向方向上取200 m在模型垂 直方向上取200 模型上邊界距地表約570 m 因此模型上部施 加約為14 25 mpa的均布載荷 并考慮自重（1h3o建立模型如 圖1所示。圖1有限元模型2 3煤巖物理力學(xué)參數(shù)各煤巖的物理力學(xué)參數(shù)以現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查和煤巖力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié) 果給定參數(shù)見表io表1煤巖物理力學(xué)參數(shù)表成分毎度/kgm 7弾性模呈/gpa泊松比內(nèi)聚力/mpa內(nèi)鎏葆角/（°）砂巖2 450400 33040煤1 75090 21045粉砂巖2 60015 780 268 615452 4數(shù)值模擬結(jié)果與分析從圖2可知

7、未幵采時(shí)垂直應(yīng)力大小分布的總體趨勢是均勻 的值均為負(fù)值煤巖體為受壓狀態(tài)應(yīng)力升高區(qū)和應(yīng)力降低區(qū)出 現(xiàn)在圖中的上下底板處而應(yīng)力集中的主要原因是由于急傾斜煤 層的存在。應(yīng)力最小值出現(xiàn)在煤層和底板下邊界處，最小應(yīng)力值收稿日期：2012-06-12作者簡介：于麗艷（1979-）女碩士餅師于麗艷等：急傾斜煤層的沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域劃分研究85 4 67 mpa整個(gè)模型應(yīng)力值都不大相對大的應(yīng)力值出現(xiàn)在老頂 處值為37 4 mpa且范圍很小。-.374e+08 -.301e+08 -.228e+08 -.156e+08 - 831e+07-.338e+08 -.265e+08 -.192e+08 -.119e+0

8、8 -.467e+07圖2未幵采垂直應(yīng)力分布圖-.725e+08 -.534e+08 -.343e+08 -.151e+08.398e+07-.630e+08 -.438e+08-.247e+08 -.558e+07.135e+08a）推采13m時(shí)垂直應(yīng)力分布圖-.718e+08 -.529e+08 -.341e+08-.152e+08.350e+07-.624e+08 -.435e+08-.247e+08-.582e+07 .130e+08b）推采26m時(shí)垂直應(yīng)力分布圖-.720e+08 -.531e+08 -.342e+08 -.152e+08.370e+07-.626e+08 -.436

9、e+08 -.247e+08 -.577e+07.132e+08c）推采39 m時(shí)垂直應(yīng)力分布圖-.726e+08 -.534e+08 -.343e+08 -.152e+08.386e+07-.630e+08-.439e+08 -.248e+08 -.569e+07 .134e+08d）推采52m時(shí)垂直應(yīng)力分布圖圖3推采不同距離時(shí)垂直應(yīng)力分布圖由圖3可以看出：1)幵采13m時(shí)拉應(yīng)力最大值為13 5 mpa 壓應(yīng)力最大值為72 5 mpa幵采26 m和39 m時(shí)應(yīng)力集中區(qū)應(yīng)力值減小開采52 m時(shí)應(yīng)力值又增大為13 4 mpa 72 6 mpao由于 在模擬過程中考慮了支護(hù)的作用故應(yīng)力值變化不大。

10、2)雖然向 上推采距離不同但應(yīng)力集中區(qū)域出現(xiàn)在同處最大拉應(yīng)力區(qū)出頊 在工作面下端處最大壓應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)在工作面上端頭。3)工作頂 上端頭30 m范圍內(nèi)和工作面下巷臨近工作面70 m以內(nèi)區(qū)域應(yīng) 力值較大此區(qū)域?yàn)樨獞?yīng)力區(qū)域.3結(jié)語1)通過對長溝峪向斜南翼4槽煤層在推采不同距離時(shí)的垂 直應(yīng)力分布圖的分析可以劃分出在工作面上端頭30 m范圍內(nèi)和 工作面下巷臨近工作面70 m以內(nèi)是發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)區(qū)域。 2)利用ansys有限元軟件對長溝峪煤礦急傾斜煤層進(jìn)行數(shù)值模 擬，劃分出的沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域這一模擬結(jié)果與開采實(shí)際基本吻 合說明該數(shù)值模擬方法對研究預(yù)測急傾斜煤層的沖擊地壓具有 一定指導(dǎo)意義。參考文獻(xiàn)：1

11、brauner g rock bursts in coal mines and their prevention m rotterdam: a a balkema -1994:2-642潘一山徐秉業(yè)沖擊地壓定量預(yù)測的研究j.煤礦幵采 1998(3):35-383潘一山?jīng)_擊地壓發(fā)生和破壞過程研究d北京：清華大 學(xué)工程力學(xué)系-19994李忠華潘一lu采煤工作面沖擊地壓的解析分析j遼寧 工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)2002 21 (1):40-42.5尖 杰孫可明侏月明急傾斜煤層開采解放層防治沖擊 地壓數(shù)值模擬j遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)-2002 -21 ( 4): 41w136王世娟潘一11| 李忠華等通化八寶礦

12、煤層沖擊傾向性實(shí) 驗(yàn)與數(shù)值模擬j中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)2010 21( 3): 105-1087鄧?yán)駨埛加谌A傾斜煤層沖擊地壓危險(xiǎn)狀況的數(shù) 值模擬研究j遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)2001 20(4):455- 4568李英杰潘一山唐巨鵬等五龍礦沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)劃分研 究j礦山壓力與頂板管理2005( 1):94-56夏均民張幵9智沖擊傾向性理論在工程實(shí)踐中的應(yīng)用j礦山壓力與頂 板管理 2003 20(4):97-9910毛德兵 沖擊礦壓發(fā)生危險(xiǎn)性評價(jià)方法j煤礦幵采 2000( 4): 52-5311于麗艷潘一山李忠華等吉林省道清礦北斜井南平111同煤 層沖擊危險(xiǎn)性數(shù)值模擬j中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào) 20

13、11 22( 1):94-98.12朱伯芳有限元法原理及應(yīng)用m北京：水電出版社 197913唐巨鵬潘一山ansys在煤礦開采數(shù)值模擬中應(yīng)用研究j巖土力學(xué) 2004 25( sup): 329-342research on division of dangerous area of rockburst on the steeply inclined coal seamyu li-yan yan long-hai（college of science heilongjiang institute of science and technology harbin 150027 china）abstr

14、act: in the paper there is a analysis of numerical simulation on the steeply inclined coal seam in the changgouyu coal mine there are aril- ysises on the cloud picture of vertical stress and plastic strain under the different pushed distance - the dangerous areas are up and down the work- ing face results obtained by the numerical simulation basically consistent with the actual situation so the method of numerical simulation provides the referenee for safely mining of