近距离煤层采后覆岩导水裂隙带高度数值模拟研究

近距离煤层采后覆岩导水裂隙带高度数值模拟研究＊

仇圣华1 曹福辉2 杨志锡1 刘 猛2 郑景龙2 种欲伟2

【摘 要】摘 要 山东赵坡煤矿为安全开采煤炭资源，采用经验公式预计和计算机数值模拟方法，分别研究了单独开采12下＃煤层后及全采12下＃煤层、14＃煤层两近距离煤层后覆岩导水裂隙带高度。采用经验公式计算出的两值分别为33.7 m和41.2 m；采用计算机模拟方法计算出的两值分别为35.6 m、41.7m。两种计算方法所得结果基本一致。 【期刊名称】中国煤炭 【年(卷),期】2012(038)011 【总页数】4

【关键词】关键词 近距离煤层 导水裂隙带高度 数值模拟 覆岩破坏 “三带”高度

1 工程概况

山东赵坡煤矿于1994年12月正式投产，设计生产能力30万t/a，现核定生产能力69万t/a。采用立井开拓方式、走向长壁采煤法采煤，全部垮落法管理顶板。该矿主采煤层有9＃、12下＃、14＃、15上＃、16＃、17＃煤层。其中9＃煤层、12下＃煤层的顶板均为五灰岩，底板分别为泥岩、砂岩互层与八灰岩；14＃煤层的顶板主要是八灰岩，底板为泥岩、砂岩互层；15上＃煤层的顶板主要是九灰，底板为粉细泥灰煤互层；16＃煤层、17＃煤层的顶板分别是十下灰岩、十一灰，底板为泥质、粉砂岩互层。各可采或局部可采煤层的厚度、层间距及煤层结构等情况见表1。

目前，该矿已开采12下＃、14＃煤层。煤层采后覆岩要发生破坏、位移，出

现冒落带、裂隙带和弯曲带，简称“三带”。冒落带和裂隙带称为导水裂隙带。为科学预测该矿在12下＃、14＃煤层开采后覆岩破坏导水裂隙带的高度，现对其开展数值模拟研究。

2 煤层开采后覆岩导水裂隙带高度的预计

2.1 煤层开采后覆岩冒（垮）落带高度

赵坡煤矿12下＃、14＃煤层为单一煤层开采，其中12下＃煤层最大厚度1.89 m，平均厚度1.20 m，规划设计破底开采厚度为1.40 m；14＃煤层最大厚度0.95 m，平均厚度0.68 m，规划设计破底开采厚度为1.70 m。根据原国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（以下简称“规程”）中冒（垮）落带最大高度计算的经验公式： 式中：Hm——冒（垮）落带高度最大值，m； ∑M——采厚，m。

对于12下＃煤层，根据式（1），按煤层最大厚度值计算，冒（垮）落带高度6.78±2.2 m；按规划设计破底采厚1.4 m计算，冒（垮）落带高度5.47±2.2 m。

对于14＃煤层，根据式（1），按煤层最大厚度值计算，冒（垮）落带高度4.05±2.2 m；按规划设计破底采厚1.7 m计算，冒（垮）落带高度6.3±2.2 m。 2.2 煤层开采后覆岩导水裂缝带高度

根据《规程》以及煤层开采参数和地质采矿条件，导水裂缝带高度可按下式计算：

式中：HLi——导水裂缝带高度，m； ∑M——采厚，m。

一般地，根据式（2）计算的结果值比根据式（3）计算出的值小。出于安全角度考虑，这里采用式（3）计算。因该矿12下＃、14＃两层煤间距为2.47 m，小于14＃煤层作为单一煤层按规划设计采厚开采的覆岩跨落带高度，故12下＃与14＃两层煤采后导水裂缝带高度需按近距离煤层开采计算。 根据《规程》，近距离煤层开采的综合开采厚度按下式计算： 式中：Mz1－2——综合开采厚度，m； M1——上层煤采厚，m； M2——下层煤采厚，m；

h1－2——上下煤之间法线距离，m； y2——下层煤的冒高与采厚比。

对12下＃煤层按规划设计破底采厚1.4 m计算，根据式（3），其采后覆岩采动导水裂缝带高度HLi为33.7 m。

对14＃煤层按规划设计破底采厚1.7 m计算，根据式（4），近距离煤层12下＃、14＃煤综合开采厚度M12－14为2.43 m。

这样，根据式（3）得近距离煤层12下＃、14＃煤层采后覆岩采动导水裂缝带高度HLi12－14为41.2 m。

3 近距离煤层采后覆岩导水裂隙带高度的数值模拟

3.1 计算机模拟模型的建立

缓倾斜、倾斜煤层开采后，其在倾向方向位移量大于其在走向方向位移量。根据该矿具有代表性的地质剖面图，且以“17－25点”为基点，在水平方向取600 m长，垂直方向取430 m长，建立该矿煤层开采覆岩破坏的计算机模拟计算模型，见图1。