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2 0 1 1 年第 5 期 河 北 煤 炭 4 5 断层对矿 压显现的 影响 分析 陈建高 冀中能源 邯矿集团公司聚隆矿业有限公司，河北 邯郸0 5 6 3 0 0 摘 要根据聚隆公司 原临漳县煤矿 矿井具体地质条件，建立了具体地质模型和数值分 析模型。对煤层开采过程中顶板压力变化进行了分析，对井下煤炭开采巷道设计、工作面回 采和地质灾害的防治都有一定的理论和实践意义。 关键词 断层；采场 ；矿压；数值模拟 中图分类号 T D 8 2 3 ． 8 6 文献标识码 B 文章编号1 0 0 7 1 0 8 3 2 0 1 1 0 5 0 0 4 5 0 2 ‘ 1 一 一 1 一 1 ● An a l y s i s o n t h e f a u l t t o e f f e c t o t t h e mi n e p r e s s u r e b e h a v i o u r C HE N J i a n g a o 1 引言 煤系地层存在大量的节理裂隙和规模不等的断 层 ，由于这些不连续面的存在，使煤岩层的连续性 受到破坏，在采动影响下，采掘空间顶板破碎，煤 壁松软，矿山压力显现严重，结构面易于 “ 活化” ， 使煤层顶板难以控制，当综采面过断层时，给煤巷 掘进施工和煤炭回采带来很大影响，管理不当易造 成冒顶、片帮，所以煤岩断层处的力学分析对井下 煤炭开采巷道设计、工作面回采和地质灾害的防治 都有一定的理论和实践意义。 众多学者根据连续体力学建立了煤层顶板的力 力地指导了工程实践，但没有考虑节理裂隙等不连 续面的影响， 在此根据回采工作面临近断层和回采 过断层的物理模型，建立了力学模型， 进行了分析 和数值模拟。 2模型建立 2 。 1 聚隆公司矿井地质和断层发育情况 聚隆公司煤矿井田内的大、中型断层整体上呈 北东向展布，与区域构造基本一致，至今为止，通 过钻探和巷道揭露，井田范围内落差大于 1 0 m以 上断层有 8 条，均为高角度正断层，且具有倾角大 一般在 7 0 。以上 ，延伸远的特点。其煤层顶板 学模型，进行了力学分析，取得了有益的结论，有 岩层力学性质见表 1 。 表 1 工程地质模型基岩层位主要物理力学性质指标 2 _ 2 数值模型 建立沿走向剖面的平面应变模型，模型高度 1 0 0 m，宽度取 4 0 0 m，地层条件概化分 l 0 个岩层 层位 ，岩层上覆沉积土层以补偿载荷形式施加在岩 层上部 ，模型模拟的范围为 4 0 0 m 1 0 0 m。模型 两侧和底部设置相同的边界条件两侧面为滑动支 承， 底部为固定支承，上部土层的作用力以应力边 界条件表现，在开采过程中通过设置 “ n u ll ”单元， 河 北 煤 炭 2 0 1 1 年第5 期 实现开采过程和顶板垮塌和充填情况。研究逆倾断 层结构面 工作面逆断层倾向推进 顶板测点压力 变化情况 。模型图略。 3采动过程测点压力变化 3 ． 1 采动过程煤柱受力特点 煤柱测点分别设置于开切眼 测点 1 和距离 开切眼 l 1 0 m位置 测点 2 ，由于断层结构面影 响，采动过程的煤柱受力较完整连续顶板条件发生 了明显变化，主要表现在随工作面推进切眼煤柱 受力升高幅度较大，且影响区段长 ，至推进 8 0 m 后才逐渐趋于稳定；而随工作面推进前方煤柱的压 力显现相对缓慢，采动 5 0 m之前煤柱受力集中现 象甚微。 另一方面，断层结构面导致覆岩变形压力明显 向上盘一侧偏移，导致切眼煤柱受压明显加大， 其 稳定压力达到 5 8 ．5 M P a 左右，应力集中系数高达 2 ．9 3 ；而下盘一侧煤柱的峰值压力在 4 3 ．5 8 M P a 左 右，应力集中系数为2 ． 1 5 。 3 - 2 采动过程直接顶压力变化 测点 4 和测点 5 为直接顶结构面上盘和下盘的 测点；测点 3 和测点 6 分别距开切眼 1 0 I n 和 1 0 0 m，其压力在开挖初期上升然后下降， 超前支承压 力在工作 面前方 5 m出现 ，开挖到 1 5 m，岩层不 断跨落，压力急剧下降；测点 5 为距离开切眼 3 0 m，由结构面下方直接顶岩层的压力变化图中可以 看出，开始其压力随煤层的开采不断升高，然后由 于直接顶的跨落而不断降低，其支承压力峰值出现 在工作面前方 5 1 0 m，测点 4 应力集中系数大于 测点 5 。 测点 3 压力随煤层开挖而增加，超前支承压力 位于工作面前方 1 0 m，随后煤层开挖，其压力下 降，开挖至 2 5 3 0 m时，压力迅速降低 ，可断定 岩层跨落；测点 6 压力在开始的前 4 0 m煤层的开 挖，压力变化较小，后逐渐上升，在开挖至测点前 1 0 m处时，峰值压力到达4 2 ． 3 9 M P a ，应力集中系 数 2 ． 1 1 ，后由于岩层跨落而迅速降低。 3 ． 3 老顶岩层压力 测点 8 和测点 9 分别位于结构面上盘和下盘距 离结构面两侧部位，测点 7和测点 1 0 分别与开切 眼相距 1 0 I n和 1 0 0 m。 下转第 5 0页 上接第 3 6 页 表 1 钻孔放水量统计 图1钻孔布置 示意 5 结论 4疏放水工程效果 通过疏水钻孔的实施 ，6个放水钻孑 L 放水量最 大达 1 9 0 m ／ h ，取得了良好的疏放效果见表 1 ，大 大减少了工作面回采过程中地板火成岩的涌水量， 为两个工作面的顺利开采创造了条件。 放水 3 个月 ，放水量由初始的 1 9 0 I n s ／ h减小 至 1 0 0 m 3 ／ h ，工作面初采至回采结束，工作面回 采过程中无底板水涌出。 该技术工程的成功实施 ，有效消除较大的底板 水对回采工作面生产的影响，大大提高生产效率 ， 创造出明显的经济效益和社会效益。该工程有较大 的推广应用前景，特别是煤层底板含水层发育的矿 井更值得借鉴应用。 作者简介 柴义红 1 9 6 8 一 ，男，河北保定人，助理工 程师，冀中能源邯矿集团公司陶一煤矿技术科副科长。 收稿 日期2 0 1 1 - 0 8 - 1 6 ；编辑毛志国 河 北 煤 炭 2 0 1 1 年第5 期 型矿井通风机计算机监控系统是基于工业计算机控 制、组态软件、智能数据采集、网络通讯等先进技 术为一体的综合监控系统， 该系统具有以下特点 1 系统可快速、准确地实时监测设备运行 参数 ，包括温度、压力、流量、振动、电压、电 流、功率以及电量等重要参数，对运行监测参数进 行快速分析处理，发现异常情况及时报警提示，按 相关预案使隐患得到及时有效处理，防止造成重大 安全事故。 2应用组态软件编译，以数字显示、模拟 仪表、趋势曲线、报表等多种形式显示设备运行数 据，并自动存人数据库长期保存 ，可以随时查阅， 降低了人为因素造成的影响，有利于帮助制定完善 的经济运行方案和及时发现故障隐患，防患于未 然。 3 动态图形显示设备运行状态，具有观看 方便、直观明了的特点。 4系统采用工业级的计算机和模块化智能 数据采集装置，满足在恶劣的环境中长期稳定可靠 的不间断运行，并且一套系统可同时监控风机或其 它设备。 5监测系统通过数据传输网络将现场与矿 局域网连接起来，实现远方对设备进行控制、数据 浏览等，提高了监控效率， 适应全矿乃至全局的信 息化管理的要求， 保证了通风系统遭遇故障时应急 预案的及时展开。 3 ． 3 同类型、同功率风机性能比较 3 ． 3 。 1 风量及负压 东庞矿南风井原来使用风机为 2 K 5 8 N 0 3 0 型主 通风机，其角度范围是 2 5 。～ 4 5 ，其满足对南风 井风量及风压要求的最大工况 3 0 2 5 P a ，1 6 7 m 3 ／ s ，并且困难时期风量、风压不能满足。其最佳 工况风量 1 3 4m3 ／ s ，工况风压 3 0 0 0P a 。 G A I 81 81 G Z型主通风机角度范围 一 1 5 o ～ 1 0 o，是按照矿对风量、风压要求设计， 工况 2 5 5 O P a ，1 0 5 ．9 m ／ 8 时效率 8 O ％，工况 2 9 3 7 P a ，1 6 1 ．7 m ／ s 时 效率 8 2 ．5％，工况 3 5 2 4 P a ，1 9 4 m 3 ／ s 时效率 8 3 ％，并且满足负压 要求时其最大风量可以达到 2 4 0 m 3 ， s 左右。 3 ． 3 ． 2 电压、电流 2 K 5 8 N 0 3 0型主通风机定子电流 ；2 03 0 A ， 励磁电压2 5 2 8 V，励磁电流1 5 01 8 0 A 。 G A F 2 8 1 8 1 c z型主通风机定子电流 ；4 0 下转第 7 6页 上接第4 6页 3 直接顶和老顶压力变化均显示，结构面 测点压力变化反映出，采动过程老顶压力峰值 上盘的应力峰值要大于下盘 ，在顺倾向开采条件 一 般超前采空5 m显现，然后压力不断降低，测点 下 ，由于上覆岩层压力不能很好向前方煤岩层转 处于悬空状态下，顶板开始转为受拉张作用。 移，在开挖断层前后有较大变化， 下盘的应力集中 另外，分析结果反映出，结构面上盘测点 8 压 程度要大于上盘。 力峰值大于下盘测点 9 。 4结论 参敏 献 1 煤层开采工作面前方 5 m压力最高，在 揭露断层后，压力升高区域没有太大变化， 但压力 升高幅度明显增加， 增加幅度为 1 倍左右，在开采 条件下，在开采到断层前，开切眼处煤柱和工作面 前方煤体压力差别较小，开挖过断层后，支承压力 明显向开切眼处煤柱转移，后方压力升高区域明显 增大。 2开切眼处煤柱受力升高幅度较大且影响 区域较长，前方煤柱的压力显现相对较缓慢，采动 5 0 m前，应力集中现象微弱，顺倾向开采条件下， 在工作面开挖至断层前后，开切眼处煤柱存在明显 压力升高现象。 【 1 】 孟召平 ， 彭苏平，黎洪 ． 正断层附近煤的物理力学性 质变化及其对矿压分布的影响 【 J 】 ． 煤炭学报，2 0 0 1 ， 2 6 65 6 1 5 6 6 ． 【 2 】 李忠华， 潘一山． 断层冲击地压的影响因素与震级分 析 【 J 】 ． 岩石力学与工程学报 ，2 0 0 5 ，2 4 增 1 5 2 0 65 2 3 0 ． 【 3 】 汪忠江，于会军 ． 采煤工作面采用加固技术过断层破 碎带的实践 [ J 】 ． 煤矿安全 ， 2 0 0 8 6 7 5 7 7 ． 作者简介陈建高 1 9 6 7 一 ，男，河北邯郸人 ，采煤助 理工程师，冀中能源邯矿集团公司聚隆矿业有限公司安全 科科长。 收稿日期2 0 1 1 - 0 9 - 1 4 ；编辑毛志国
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