基于UDEC的近距离煤层采空区下底板破坏特征分析
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于UDEC的近距离煤层采空区下底板破坏特征分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘 要：针对近距离煤层下层煤回采巷道受上层煤采动影响，其顶板岩层受到不同程度破坏、整体性相对较差，支护难度较大的实际问题，文章利用离散元软件udec对上下两层煤夹层厚度不同时下层煤顶板破坏特征及回采巷道稳定性进行了分析，为下层煤回采巷道选择合理支护方式及设计支护参数提供理论支持，具有一定的实践应用价值。
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）12-0001-02
1 工程概况
某矿3#煤与4#煤夹层厚度较小，属近距离煤层，其柱状图如图1所示。3#煤和4#煤之间两煤夹层厚度在4～8 m之间变化不定，且岩性也不同。目前3#煤已经采空，4#煤进行了局部开采，工作面回采巷道顶板岩层松散破碎，局部手抓可动，巷道难以维护。
因此，研究3#煤采空后其回采巷道附近底板岩层破坏特征，大致估计底板岩层的破坏范围，对4#煤回采巷道的支护参数设计具有重要的意义。
2 离散元计算模型的建立及分析
2.1 计算模型的建立
为了直观清楚的了解3#煤采空区底板破坏特征及其对4#煤回采巷道的影响，利用离散元数值模拟软件UDEC进行分析。模型沿水平方向取150 m，沿垂直方向取54 m，3#煤厚2 m，4#煤厚3.8 m，煤层赋存深度为378 m，如图2所示。模型中，3#煤的位移区间123～-15 m已经采出，4#煤的巷道位置位于-25～-21 m处和-117～-113 m位移区间位置。
2.2 模拟方案
模拟过程主要是对两煤夹层厚度分别为4 m、5 m、6 m、7 m时采空区破坏底板特征及对4#煤回采巷道稳定性的影响进行模拟分析。
2.3 结果分析
2.3.1 采空区底板位移特征分析
分析图3可知，靠近煤柱的采空区底板由于受到支撑压力的作用而产生向上的位移，最大向上位移出现在距煤柱6～9 m处，并向两边有减小，底板岩层向上拱起并有离层的出现；从3#煤底板到4#煤之间有不同大小的位移量，随着两煤夹层厚度的增加，砂质泥岩厚度的增加，底板较大位移的范围有减小的趋势；采空区底板鼓起面与煤层呈一定的倾角，基本上与底板岩层的内摩擦角相同，大约为40°。
2.3.2 采空区底板破坏特征分析
采空区底板的破坏主要发生在采空区的四周靠近煤柱的地方，并且破坏沿着一定的倾角向深部延伸，倾角大约为40°，在距煤柱15 m以外的地方破坏深度逐渐减小，呈“V”字形破坏。随着两煤夹层厚度的增加，采空区底板破坏范围逐渐减小，达到极限强度的岩体和已经破坏的岩体数量呈减小趋势。通过对上面五种情况的分析可以得出，底板破坏深度范围在6～8 m范围内，和理论计算有着一定误差，这是由于在理论计算底板破坏深度时底板岩层的岩性、厚度及岩层节理没有考虑完全所致。但从数值上看相差较小，两者具有一致性。
2.3.3 采空区下回采巷道稳定性分析
为了研究采空区底板破坏对下部煤层回采巷道的影响，在两煤不同夹层厚度时沿下层煤的顶板设置观测线，监测其顶板表面附近垂直位移量，监测结果如图4所示。
分析图4可知，4#煤巷道所在范围有向上的位移，这是由于煤柱上矿山压力作用的结果。随着3#、4#煤两煤夹层厚度的增加，4#煤顶板测线上的最大垂直位移减小，且位移较大的范围也在减小。在-112 m和-26 m处垂直位移相对较大，根据4#煤所在位置，可以得出：靠近3#煤煤柱一侧的巷道位移量小于另一侧的位移量，也就是说4#煤回采巷道靠近煤柱的一侧破坏程度小于另一侧。在该内错方式情况下，要对下部回采巷道远离煤柱一帮的进行加强支护，提高支护强度。
3 结 论
①根据理论计算得出底板破坏的最大深度为7.73 m。在该矿的地质条件下，下部煤层回采巷道受到上部煤层开采的采动影响，导致4#煤顶板比较破碎。
②通过理论计算与数值模拟相结合方式分析得出了采空区底板破坏呈“V”字形，沿煤层底板破坏的角度大致与煤层底板岩层内摩擦角相同，破坏范围主要在距煤柱0～15 m范围内。
③随着两煤夹层厚度的增加，下部煤层回采巷道顶板上位移量减小，顶板破坏程度减小。
④远离上部煤层煤柱的一帮破坏程度较靠近的一帮大，在支护时要加强支护强度。
参考文献：
[1] 刘志耀.贺西矿近距离煤层采空区下回采巷道布置优化[J].煤炭科学技术，2009，（3）.
[2] 胡建军，王金安.松软破碎煤层巷道锚网支护关键因素[J].采矿与安全工程学报，2008，（2）.
[3] 侯朝炯，郭励生，勾攀峰.煤巷锚杆支护[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.
[4] 马念杰，侯朝炯.采准巷道矿压理论[M].北京：煤炭工业出版社，1995.
[5] 郭延华，段景广，李良红.下分层回采巷道帮锚杆支护机理[J].采矿与安全工程学报，2007，（4）.
[6] 张金才，张玉卓，刘天泉.岩体渗流与煤层底板突水[M].北京：地质出版社，1997.
[7] 王作宇，刘鸿泉.承压水上采煤[M].北京：煤炭工业出版社，1993.
[8] 张渊.开采矿压对底板的损伤破坏及其对突水的诱发作用[J].太原理工大学学报，2002，（3）.