Vol.26 No.6 蔡美峰等：灵新煤矿西天河下安全开采技术综合分析 573 表2覆岩破坏高度实测结果 Table 2 Measuring results of the damage height of overburden rock 冒落带 导水裂缝带 钻孔编号 钻孔位置 采厚/m 基岩柱垂尚/m 高度/m 冒采比 高度m裂采比 D 上边界 2.7 15.31 5.7 56.03 20.8 107.56 D, 上边界 2.2 20.65 9.4 41.42 18.8 105.97 3物理模拟与数值模拟分析 厅米力向 3.1相似材料模拟 200m 325m 141m 采用相似材料模拟方法研究L3414综采工作 面开采过程中岩层移动规律，，即在模型的开采 煤层上覆岩层及地表布设不同的观测点，用于观 700m 测研究岩层及地表的移动变形规律，图1为地表 图2数值模拟计算平面模型 下沉规律曲线 Fig.2 Plane model for numerical modelling 现象：在工作面推进过程中，工作面的两端始终 会发生应力集中现象，由于工作面前端受到扰动 的影响较大，因此工作面前端的应力值普遍大于 1作面后端的应力值. 综合分析相似材料模拟和数值计算结果，工 作面开采后岩层下沉呈非连续性，彼此间存在着 9 13 17 31 测点 缝隙，在靠近断裂边界的岩层中存在着永久性的 图1地表下沉曲线 离层缝隙：在初次采动条件下岩层断裂边界以外 Fig.1 Regular curve of surface subsidence 没有出现离层. 相似材料模拟实验开采的结果为：在采厚为 4开采现场观测 2.38m的条件下，工作面上覆岩层的垮落带高度 为10-14m:导水裂缝带高度为32-46m:周期来 4.1矿压观测 压步距为7~14m:裂隙多以斜向甚至纵向为主， 矿压观测的目的是认识和总结L3414工作面 纵横连接，交错贯通. 开采中矿山压力显现的基本规律，包括来压显现 3.2数值模拟分析 特点和周期来压步距和来压强度，为水体下采煤 运用美国明尼苏达大学和美国Itasca Consult- 的参数分析提供技术数据和参考依据.沿工作面 ing Group Inc..开发的二维有限差分计算程序 倾向设了5条观测线，分别距运输顺槽7.5,45,87， FLAC进行计算，该程序主要适用模拟计算地质 135和174m.图3为平行切眼段矿压显现规律图， 材料和岩土工程的力学行为.根据观测结果， 它反映了支架阻力与工作面推进度的相互关系. L3414综采工作面横向变形很小，因此本次计算 矿压观测结果表明，工作面支架阻力、初撑力和 采用平面应变模型假设，即垂直于计算剖面方向 周期来压步距在开采过程中变化不大，周期来压 的变形为零，充分模拟研究了工作面开采过程中 步距为7~14m,其值与相似材料模拟实验所得结 岩层的力学状态、破坏场的分布以及位移场的变 果一致. 化.图2为数值模拟计算的平面模型. 4.2地表移动规律观测研究 由数值模拟分析结果可知：L3414综采工作 在L3414综采工作面地表沿其走向和倾向布 面开采中最大主应力场的分布服从由上至下逐 置了两条观测线，全程观测L34141作面开采过 渐增加的趋势，由于受到工作面开采扰动的影 程主断面上地表移动与变形情况（见图4）. 响，预留煤柱和采空区交接区域会发生应力集中 地表移动观测结果表明：在整个开采过程从 〕1 . 2 6 N o . 6 蔡美 峰等 : 灵新煤矿西 天 河 下 安全开 采技 术综合 分析 . 5 7 3 - 表 2 覆 岩破 坏 高度实 测结 果 Ta b l e 2 M e a s u r i n g re s u l t s o f t h e d a m a g e h e ig h t o f o v e r b u r d e n r o c k 钻孔 编 号 钻 孔位 置 采 厚/ m 冒落 带 导水 裂缝 带 高度/m 冒采 比 高度加 裂采 比 基 岩柱 垂高/ m 卜边 界 卜边 界 巧 . 3 1 之0 石 5 5 . 7 9 . 4 5 6 . 0 3 4 1 . 4 2 2 0 . 18 . 1 0 7 . 5 6 10 5 . 9 7 D 3 物理 模 拟 与数 值模 拟 分 析 3 . 1 相似材 料 模 拟 采 用相 似材料 模拟 方法 研 究L 3 4 14 综采 工 作 面开 采 过程 中岩 层移 动 规律 ` 34J , 即 在模 型 的开 采 煤层 _ [ 覆岩层 及地 表布 设不 同 的观测 点 , 用于 观 测 研究 岩层 及地 表 的移 动变 形规 律 , 图 1 为地 表 下 沉规 律 曲线 . 开 采方 向 L〕 41 4 综采 l 作面 图 2 数 值模 拟计 算平 面模型 P l a n e m o d e l fo r n u m e r i e a l m o d e l li n g 篡巡二晦 4 崔耳ì /日日 9 13 1 7 2 1 测 点 图 l 地表 下 沉 曲线 F i g . l R e g u l a r e u vr e o f s u r fa e e s u b s id e n e e 现 象 ; 在 工 作面 推进 过 程 中 , _ _ L 作 面 的两端 始 终 会 发 生 应 力集 中现象 , 由于 工 作 面前端 受到 扰动 的影 响较大 , 因 此 工 作面 前 端的应 力值 普遍 大于 1 _ 作 面后 端 的应 力值 . 综合 分 析相似 材 料模 拟和 数 值计 算 结果 , 1 _ 作 面开 采 后岩 层 下 沉呈 非连 续性 , 彼此 间存在 着 缝 隙 , 在靠近 断 裂边 界 的岩层 中存 在着 永久 性 的 离层 缝 隙 ; 在 初 次采动 条件 下 岩层 断裂 边界 以 外 没有 出 现离 层 . 相似 材料 模拟 实验 开 采 的结果 为 : 在 采厚 为 .2 38 m 的条件 下 , 工 作面 上 覆岩 层 的垮 落带 高度 为 10一 14 m ; 导水 裂缝 带 高度 为 3 2一 46 m ; 周 期 来 压 步距 为 7一 14 m ; 裂 隙 多 以斜 向甚至 纵 向为主 , 纵 横连 接 , 交 错 贯通 . 3 .2 数 值模 拟 分 析 运用 美 国明尼 苏达 大 学和 美国 It as ca C o ns ul t - in g G or uP nI o . 开 发 的 二 维 有 限 差 分 计 算 程 序 F L A C DZ 进行 计算 , 该 程序 主要适 用模拟 计 算地质 材 料 和 岩 土工 程 的力 学行 为 15 一 8] . 根据 观 测 结果 , L 34 14 综 采 工 作 面横 向变 形 很小 , 因 此本 次计算 采 用平面 应变 模 型假 设 , 即垂直 于计算 剖 面方 向 的变形 为零 , 充分 模拟 研究 了工 作面 开采 过程 中 岩层 的力学状 态 、 破坏 场 的分布 以及位 移 场 的变 化 . 图 2 为 数值 模拟 计 一 算 的平 面模 型 . 由数 值模 拟 分析 结果 可 知 : 3L 4 14 综 采 工 作 面 开 采 中最 大 主 应 力 场 的分 布 服 从 由上 至 下逐 渐 增 加 的趋 势 , 由 于 受 到 工 作 面 开 采 扰 动 的 影 响 , 预 留煤 柱和采 空 区 交接 区 域 会发 生应 力集 中 4 开 采 现 场 观 测 .4 1 矿 压观 测 矿 压观 测 的 目的是认 识和 总结 L 341 4 工 作 面 开采 中矿 山压 力显现 的 基本 规律 , 包 括来 压显 现 特 点和 周 期来压 步距 和 来 压 强度 , 为水体 下采煤 的参 数分析 提 供技 术数据 和 参考 依据 . 沿 工 作 面 倾 向设 了 5 条观 测线 , 分别 距运 输顺 槽 7 . 5 , 45 , 87, 13 5和 1 74 m . 图 3 为平行 切眼 段矿 压显 现规律 图 , 它反 映 了支 架 阻力 与工 作 面推 进度 的相互 关系 . 矿 压 观测 结 果表 明 , 工 作 面支 架 阻 力 、 初撑 力和 周期 来压步 距在 开采 过程 中变 化 不大 , 周 期来压 步距 为 7一 14 m , 其 值 与相似 材 料模 拟实 验所 得结 果 一 致 . .4 2 地 表移 动 规律 观测 研 究 在 L 3 4j 4 综 采工 作 面地表 沿 其走 向和 倾 向布 置 了 两条 观测 线 , 全 程 观测 L 34 14 止 _ 作 而开采 过 程 主 断面 上地 表 移动 与变 形 情况 ( 见 图 4) . 地 表 移 动 观 测 结 果表 明 : 在 整 个 开 采过 程