山区地形条件薄基岩开采岩层移动数值模拟研究.pdf

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1、第5期矿山测量NO．52O14年10月MINESURVEYING0ct．20l4doi：10．3969／j．issn．1001—358X．2014．05．25山区地形条件薄基岩开采岩层移动数值模拟研究’李涛(阳泉煤业(集团)有限责任公司，山西阳泉045000)摘要：在地表坡度20。、厚黄土层、薄基岩条件下、以月推进速度为时空尺度作为研究对象，研究厚黄土层薄基岩条件下山区地形开采岩层及地表移动变形的动态变化规律。指出了在该条件下，岩层及地表移动变形剧烈，易形成非连续变形(裂缝和台阶)集中区域，且将形成贯通于工作面的导水

2、裂隙带，对雨季开采造成了严重的安全隐患。关键词：岩层移动；地表下沉；数值模拟中图分类号：TD325．2文献标识码：B文章编号：l001—358X(2014)05—0085—04数值模拟方法作为一种研究手段对开采沉陷的1数值模型的建立研究具有重要的意义。很多学者对厚黄土层薄基岩山区地形开采地表沉陷规律进行了研究，主要是采通过分析晋南某矿的地质采矿条件，主要特用了数值模拟方法，概率积分理论分析，相似材料模点为：覆盖黄土层厚度较大(最厚达l30m)，基岩型实验等，取得了一定的成果。但对于开采的动态较薄(平均30m)，且基岩

3、由泥岩和粉砂岩构成，影响及破坏区域分布并未做明确说明。本文采用基岩性偏软。地表地形为平均坡度为20。的黄土坡于非连续介质模型的二维离散元数值模拟程序体，在沟谷深处，可见基岩露头。为计算方便，将UDEC，模拟开采过程中岩层及地表的移动变形。模型简化为图l。图1晋南某矿单工作面数值模拟简化模型由于本模型地质条件的特殊性，将模型的岩性50m，28m，按照开采顺序依次开挖。简化为i层，黄土层、泥岩和粉砂岩、煤、底板砂岩。图2为晋南某矿2～5阶段开采的岩层与地表下沉云图。当第一个阶段开采后，仅在岩层内2山区地形开采岩层及地表动

4、态移动变形模拟与形成了局部的微量下沉，并未影响至地表。由于分析开采范闹较小，推进距离与基岩厚度比为1．2，同根据晋南某矿的开采情况，以月开采进度作为时考虑黄土层的固结作用，使得第一阶段开采后，时空尺度单位，如图1将数值模拟开采分为5个阶上覆岩层形成了稳定的固端梁结构，岩梁上方产段。其中第1至5阶段分别开采36m，30m，20m，生微小的移动。85第5期矿山测量2014年lO月050100I502002503OO3504OO050100150200250枷3504OOO50IO0’502002503003504舯050

5、tO0I502加25O3OO3504OO图2开采过程中岩层及地表下沉云图第二个阶段开采后，原有的固端岩梁结构发生采50m后，悬臂梁结构破坏，岩层及地表发生了剧了较大幅度的破坏，地表下沉幅度达1．8m，下沉率烈的下沉，受地表坡度的影响，坡体顶部方向影响范0．72，可以判断该工作面开采的启动距离为36～66围较大。影响范围超过200m，主要受煤层埋深加大m之间。地表坡体形成的下沉范围不对称，采空区及地表坡度的下滑影响。第四阶段50m开采与第边缘距离坡体顶部影响边界约为100m。而坡体底部三阶段20m开采形成了一个跨度约为

6、70m的局部的边界位于采空区边界上方，可见坡度不但对下沉破坏结构，类似于第一阶段开采36m与第二阶段开范围造成了非对称的影响，同时还对下沉幅度造成采30m开采形成的破坏结构。尽管两个破坏结构了影响。第三阶段开采20m后，岩层及地表下沉并类似，两个独立局部破坏结构间形成了非同步沉降、未发生明显变化，由于开采距离较短，形成了悬臂岩下沉幅度较小的支撑区域。该区域不利于地表整体梁结构，使得岩层及地表未发生较大的移动变形。沉降，极易形成较大台阶及裂缝。同时在下沉等值而原有的采空区上方，随时间的推移，岩层进一步压线较为密集区域极

7、易形成较大台阶及裂缝，如坡顶缩，下沉更为充分，下沉量有所增加。第四个阶段开方向下沉0．6m与0．8m之间。第五阶段开采28m050lImI，020D250=10o3504OOO50loo15020025O3OO3504I)0050IO0tSO20O250珈35040n050IO0I5020025O瑚35040O图3开采过程中岩层及地表水平移动云图86第5期李涛：山区地形条件薄基岩开采岩层移动数值模拟研究2014年10月后，再次形成了悬臂岩梁结构，岩层与地表的下沉范围向的水平移动，地表坡度对水平移动具有重要的影并未有明

8、显增加，而由前四个阶段开采形成的两个破坏响。最大水平移动中心依然位于坡顶煤壁上方。第结构，随时问的推移，岩层的压缩更为明显，使得岩层及三阶段开采20m后，形成了悬臂岩梁结构，岩层及地表破坏更为显著，主要体现在地表下沉等直线间距密地表水平移动变形影响较小。第四阶段开采50m集及周期来压步距形成的局部破坏结构间的支撑结构后，悬臂岩梁结构破坏，岩层及