数值模拟结果与经验公式计算结果对比分析
发布网友
发布时间：2022-04-29 18:46
共1个回答
热心网友
时间：2022-06-19 17:24
2137西下工作面上方为1237西下面老塘,该工作面于2002年回采结束。在回采过程中曾有过最大1.6m3/min的涌水,目前上水平12煤层西正洞仍有少量渗水现象,经分析1237西下面老塘内仍有积水。防止上工作面老塘水突入,防水煤柱留设应兼考虑上工作面底板导水裂隙带深度与下工作面顶板导水裂隙带高度。
依据数值模拟计算结果,在开切眼处,煤层抽冒最大高度为35.1m；1237工作面煤层及围岩条件与2137类似,用2137工作面底板最大导深近似上工作面底板导深,为15.2m；合计为50.3m。在远离开切眼处,煤层抽冒不发育,顶板最大导高为17.9m,与上工作面底板最大导深合计为33.1m。因此,无论在近开切眼或远离开切眼的位置,60m煤柱足以形成安全防水煤柱。
开滦矿区依据其煤层顶板岩石物理力学性质特点,煤层顶板皆属于中硬强度,依据煤矿《矿井水文地质规程》附录七中冒落带与导水裂隙带最大高度的经验公式,裂隙带发育高度为：
当煤层倾角为55°～85°时,Hf=100hM
煤层开采顶板导水裂隙带高度预测理论与方法
式中：h为小阶段垂高；M为煤层厚度；Hf为导水裂隙带高度。
依照该公式进行计算,2137工作面最大导水裂隙带高度为75.68m。
依据经验公式计算,在2137西下面回风道距1237老半道60m垂高作为防水煤柱,不足以作为安全的防水煤柱。
2137西下工作面自2006年1月至2007年12月实现安全回采,60m防水煤经实践检验是足够安全的。这说明与经验公式计算结果相比,采用FLAC3D数值模型确定的顶板导水裂隙带高度更符合实际。
开滦矿区在急倾斜煤层开采实践中,形成挡水煤柱留设的经验为：采一层(约30m)留两层(约60m)。数值模拟的结果,理论上支持了这一经验认识。
综合以上分析,得出以下几点结论：
(1)采动影响下,冒落带、裂隙带形成过程可视为：似连续介质条件下覆岩变形破坏、非连续介质条件下自重作用下的冒落 裂隙扩展、冒落带压密 裂隙扩展三阶段。采FLAC3D软件模拟,将岩体视为大变形连续介质,可以实现冒落带、裂隙带最终形态的近似模拟。走向开挖15m开采后,冒落带碎胀系数1.3；走向开挖30m后,冒落带碎胀系数1.15。工作面顶板冒落带、导水裂隙带在走向开挖15m后,达到其最大值,位于切眼处。
(2)采动影响下,急倾斜煤层工作面围岩由内向外产生压缩变形区—扩容区—压缩区。内部压缩区可视为冒落带；依据体积应变1×10-2等值线为导水裂隙带界线；扩容区内局部压缩区视为煤层潜在抽冒区。走向开挖30m后,冒落带达到其最大高度10.4m,煤层潜在抽冒区产生抽冒,当其高度超过体积应变1×10-2等值线时,作为导水裂隙带最大高度。则导水裂隙带最大高度为35.1m。
(3)开切眼处2137工作面顶板煤层抽冒带与上部1237工作面底板导水裂隙带构成2137工作面上方透水区,合计垂高50.3m；远离开切眼处,2137工作面顶板导水裂隙带与上部1237工作面底板导水裂隙带共同构成2137工作面上方透水区,合计垂高33.1m。2137工作面设计60m垂高防水煤柱,实现安全回采,说明该数值模拟计算结果的合理性。
