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    “三軟”煤層上保護(hù)層開(kāi)采煤巖應(yīng)力應(yīng)變研究

    2019-10-21 04:16:11王立撒占友
    科技風(fēng) 2019年20期
    關(guān)鍵詞:三軟保護(hù)層數(shù)值模擬

    王立 撒占友

    摘 要:礦井瓦斯災(zāi)害會(huì)造成人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失,嚴(yán)重影響煤礦企業(yè)的生產(chǎn)。為研究上保護(hù)層開(kāi)采過(guò)程中下伏煤層應(yīng)力應(yīng)變的變化規(guī)律,降低高應(yīng)力應(yīng)區(qū)瓦斯突出事故的發(fā)生,本文利用COMSOL進(jìn)行不同煤巖距離的數(shù)值模擬。結(jié)果表明在一定范圍內(nèi),保護(hù)層開(kāi)采可有效降低被保護(hù)層煤巖壓力。

    關(guān)鍵詞:保護(hù)層;數(shù)值模擬;煤巖形變

    1 概述

    我國(guó)是一個(gè)是一個(gè)煤炭大國(guó),2015年,煤炭在我國(guó)能源消費(fèi)比重中大約占70%,[1]2017年,煤炭能源在一次性能源消費(fèi)比重中仍大約占60%。[2]隨著煤炭資源的利用與開(kāi)采,我國(guó)許多礦井逐步進(jìn)入到高應(yīng)力開(kāi)采區(qū)域,一旦發(fā)生煤礦事故,特別是在“三軟”煤層,將會(huì)造成巨大損失。2005年到2014年,煤礦事故中,瓦斯事故仍是造成死亡人數(shù)最多的事故。[3]本文在結(jié)合前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行“三軟”煤層上保護(hù)層開(kāi)采不同煤層間距煤巖應(yīng)力應(yīng)變的研究。

    2 模型構(gòu)建

    2.1 數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

    在文獻(xiàn)[4]中已給出了相應(yīng)的假設(shè),并建立了煤巖采動(dòng)下伏煤層應(yīng)力應(yīng)變變化的數(shù)學(xué)模型,本文將基于文獻(xiàn)[4]進(jìn)行研究。

    2.2 物理模型構(gòu)建

    (1)數(shù)值模型構(gòu)建。本文建立的模型為水平煤層,各層分布及屬性見(jiàn)圖1,本文將通過(guò)調(diào)節(jié)兩煤層間的巖層厚度(砂質(zhì)泥巖層)控制煤層間距,通過(guò)調(diào)節(jié)保護(hù)層上方巖層(砂質(zhì)泥巖層)厚度使被保護(hù)層所受總壓力保持不變,模型長(zhǎng)×寬=200×50m,保護(hù)層煤層厚度為3m,被保護(hù)層煤層厚度為4m。

    在保護(hù)層上方有中砂巖層及砂質(zhì)泥巖層,兩煤層中間有砂質(zhì)泥巖層,被保護(hù)層下方有泥巖層及砂質(zhì)泥巖層。

    (2)初始條件設(shè)定。本文設(shè)定模型底部為固定約束,左右兩側(cè)分別為輥支承,上部施加20Mpa的均布載荷。

    (3)數(shù)值模擬。本文通過(guò)設(shè)定保護(hù)層開(kāi)采距離為40m,分別研究煤層間距為6m、9m及12m的被保護(hù)層應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律,模擬結(jié)果如圖2所示。

    3 模擬結(jié)果及分析

    在保護(hù)層開(kāi)采40m范圍內(nèi),當(dāng)煤層層間距為6m時(shí),被保護(hù)煤層會(huì)形成的連續(xù)的形變區(qū)域,最大影響距離為87.5m,被保護(hù)煤層有明顯卸壓,最大卸壓壓力約為1MPa;當(dāng)煤層層間距為9m時(shí),被保護(hù)煤層部分區(qū)域?yàn)榘l(fā)生形變,最大位移形變距離為78m,卸壓區(qū)域與層間距6m時(shí)相比有所縮小,最大卸壓壓力為09MPa;當(dāng)煤層層間距為12m時(shí),被保護(hù)煤層連續(xù)變形區(qū)域明顯被破壞,最大位移累計(jì)為68m,最大卸壓壓力約為0.7MPa;當(dāng)煤層層間距為20m時(shí),最大位移累計(jì)為52m,最大卸壓壓力約為02MPa。被保護(hù)煤層應(yīng)力應(yīng)變隨煤層間距的變化。

    4 結(jié)論

    (1)“三軟”上保護(hù)層開(kāi)采對(duì)下伏煤層有一定程度的卸壓,卸壓影響隨著煤層間距的增大呈線性減小的趨勢(shì);

    (2)保護(hù)層的開(kāi)采對(duì)下伏煤層的采動(dòng)影響呈倒“V”型分布的特點(diǎn),隨著煤層間距的增大,現(xiàn)象越明顯;

    (3)在一定的煤層間距范圍內(nèi)(本文為20m),保護(hù)層的開(kāi)采可有效釋放被保護(hù)煤層的煤與瓦斯的壓力,減少煤與瓦斯事故的發(fā)生。

    參考文獻(xiàn):

    [1]中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.2015年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB].2016.

    [2]中王彥軍,張超龍,肖樂(lè)樂(lè),等.2001-2013年煤礦生產(chǎn)事故分類研究[J].煤礦安全,2015,46(3):208-211.

    [3]李偉.高瓦斯厚煤層覆巖裂隙演化與瓦斯運(yùn)移規(guī)律及應(yīng)用研究[D].西安科技大學(xué),2015.

    [4]李磊.“三軟”煤層上保護(hù)層開(kāi)采下伏煤巖瓦斯氣固耦合模型及應(yīng)用[D].青島理工大學(xué),2017.

    作者簡(jiǎn)介:王立(1994-),男,山西長(zhǎng)治人,碩士,研究方向:工礦災(zāi)害預(yù)防與控制、安全與應(yīng)急管理。

    通訊作者:撒占友(1969-),男,內(nèi)蒙赤峰人,博士,教授,碩士研究生導(dǎo)師,研究方向:工礦災(zāi)害預(yù)防與控制、安全與應(yīng)急管理。

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