深部高应力型冲击地压数值模拟.pdf

2 0 1 5 年第 1 1 期 声 堪茬 斜 技 安全生产技术与工艺研究 深部高应力型冲击地压数值模拟 侯会伟 山东省天安矿业集团有限公司，山东 曲阜2 7 3 1 5 5 摘要矿井深部开采与浅部开采不同，煤岩的力学性质在高温、高应力的作用下发生变化，使得岩体结构、基本力学行 为特征和工程响应与浅部明显不 同，该 文通过 F L A C3 D模 拟深部矿井应力分布规律 ，从 而确定深部 煤岩层 冲击危险程度 。 关键 词深部开采高应力 冲击地压 中图分类号T D3 2 4 文献标识码B d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 5 ． 1 1 ． 0 0 1 Nu me r i c a l s i mu l a t i o n o f r o c k b u r s t i n d e e p a n d h i g h s t r e s s HO U Hu i we i S h a n d o n g T i a n ta n Mi n i n g G r o u p C o ， ． L t d ． ， S h a n d o n g Q u f u 2 7 3 1 5 5 Ab s t r a c t Di ff e r e n t b e t we e n d e e p mi n i n g a n d s h a l l o w mi n i n g ， t h e c h a n g e o f the r o c k me c h a n i c a l p r o p e r t i e s u n d e r h i g h t e mp e r a t u r e a n dh i g h s t r e s sl e a dt othe d i ff erenc e o f r o c k s t r u c t u r e ， b a s i cme c h a n i c a l b e h a v i o rf e a t u r e s a n d e n g i n e e r i n g r e s p o n s e ． Th i s p a p e r s i mu l a t e sd e e pmi n e s t r e s s dis t r i b u t i o nl a w b yF L AC3 D， ande n s u r ed e e pc o al r o c kb u r s t d a n g erd e g r e e ． Ke y wo r d s d e e p mi n i n g h i g h s t r e s s r o c k b u r s t 冲击地压发生频度与煤层开采深度呈显著正比 例关系，开采深度越大，冲击地压灾害发生越频繁。 煤矿开采实践表明，冲击地压只是在开采到达一定 深度后才开始发生，且随着开采深度的增加，发生 冲击地压的危险I生 也越大，造成的损失越严重 。 1 工作面概况 某工作面煤层地面标高为 4 2 ． 8 - 4 3 ． 5 m，平均 为 4 3 ． 1 7 m；工作面煤层底板标高为 一 9 8 7 ． 4 - 一 9 3 4 ． 7 m，厚度为 3 ． 2 ～ 7 ． 5 m，平均厚度 5 ． 0 m；煤层倾角 为 0 ～ 1 0 。 ，平均为 4 ． 4 。 ，该工作面推进长度 8 5 0 m， 工作面面长 1 9 6 m，平均埋深为 1 0 0 0 m。 2 模型建立 模型尺寸为 4 0 0 X 2 0 0X 2 0 0 m，如 图 1 所示 ， 模型 z方向上部为 自由面，施加竖向荷载模拟上覆 岩层的自重荷载 ，模型 z方向底面限制垂直方向位 移 ，模型 X、Y方 向限制水平移动 中 x方向为工 作面布置方向，Y方向为工作面推进方向。模型深 1 0 0 0 5 0 -- 9 5 0 m，重力加速度为 9 ． 8 r n ／ s ，故模型上 收稿 日期2 0 1 5 - 0 5 2 8 作者简介侯会伟 1 9 8 6一，男，山东威 海人 ，现任 山 东省兖 州市大统矿业有限公 司星村煤矿助理工程师。 边界施加 2 3 ． 3 MP a的应力值 ，模型煤岩层物理力学 参数如表 1 所列。 图 1 三维数值模 拟 图 表 1 模型煤岩层物理力学参数 容重 弹性体 弹性切 内摩 岩性 积模量 变模量 擦角 内聚力 抗 拉强度 k g ／ m3 MP a MP a GP a G P a 。 细砂岩 2 6 0 0 2 3 1 2 3 0 7 ． 5 3 ．6 粉砂岩 2 4 7 0 1 5 ．8 l 0 ． 8 3 0 7 ．2 5 ． O 泥岩 2 4 0 0 8 ．5 7 6 ．O 2 9 5 ．4 0 ． 8 煤 1 4 8 0 2 ．6 l 6 5 2 8 4 ． 1 0 ． 9 中砂岩 2 5 0 0 2 l 1 2 4 0 8 ．2 2 ． 7 粗 砂岩 2 6 5 0 1 8 l 0 ． 5 3 4 8 ． 9 1 ． 8 砂 岩 2 5 7 0 2 0 1 1 2 7 7 ．7 3 ． 2 3 模拟结果分析 本次模拟主要从煤岩层应力分布、应力集 中系 数及弹性能变化情况来分析工作面在大采深和开采 扰动共同作用下 ，煤岩层应力及弹性应变能分布规