不同采高上保护层开采卸压效应的UDEC数值模拟研究.pdfVIP

第28卷第3期 湖南科技大学学报(自然科学版) Vo1．28No．3 2013年 9月 JournalofHunanUniversityofScienceTechnology(NaturalScienceEdition) Sept． 2013 不同采高上保护层开采卸压效应的 UDEC数值模拟研究 潘红宇，索亮，李树刚，林海飞，李志梁 (西安科技大学 能源学院，陕西 西安 710054) 摘 要：利用UDEC软件对不同采高上保护层开采卸压效应进行了数值模拟，得到 了在不同采高的上保护层开采时，被保 护层在开采过程中的应力和位移变化规律，结果表明：上保护层开采后，采空区下部的被保护层垂直应力随着采高的增加而 减小，垂直位移随着采高的增加而升高．为预防煤与瓦斯突出，优化卸压瓦斯抽采系统，提高卸压瓦斯抽采浓度、抽采量以及 抽采率提供了一定理论依据． 关键词：不同采高；上保护层开采；数值模拟；卸压 中图分类号：TD803 文献标识码：A 文章编号：1672—9102(2013)03—0006—06 目前，保护层开采是防治煤与瓦斯突出最经济、 体简化为理想气体，渗流按等温过程处理，由气体状 最有效的措施_1J．国内外学者普遍认为 。J，保护 态方程和质量守恒定律，可得出瓦斯在煤岩体中流 层开采后，下伏煤岩破裂、上鼓，使得煤岩体的裂隙 动的渗流场方程 是 伸张，地应力得到有效释放，煤层透气性系数成百甚 3D (AP)= ． (1) 至上千倍的增加，产生 “卸压增透增流”效应，解吸 ’ a 的瓦斯通过裂隙泄入保护层工作面，从而达到消除 式中：P为瓦斯压力；A 为透气性系数； 为贮气 被保护层瓦斯突出危险的目的．但 目前就采高对保 系数． 护层开采卸压效应影响的研究还较少，特别是在不 1．2 煤岩体变形方程 同采高时，保护层的卸压率，卸压角和保护范围的对 对于煤岩体，用位移表达的应力平衡方程 ¨为 比关系分析，都有待进一步研究．而针对保护层卸压 (A+ ) 十 ，+ +(olp)，=0． (2) 效应的研究，可以为煤层瓦斯抽采及保护效果的确 式中：A，为弹性力学的拉梅常数； 为 方向的位 定提供重要的理论基础 J．本文采用数值模拟试 移；F为 i方向的体积力． 验的方法，就不同采高时上保护层开采对保护层卸 1．3 裂缝的变形方程 压效应的影响规律进行了研究． 对于裂缝，其变形服从 Goodman节理模型，即 = kn6 ，o-l = Bl’o-。，= (3) 1 煤岩体变形与瓦斯渗流的耦合数 式中： = 一／3；|i}，i|}分别为裂缝法向与切向 学模型 刚度； ，． 分别为裂缝法向应力与切向应力；占， 1．1 瓦斯渗流场方程 分别为法向应变与切向应变． 煤层瓦斯的运动符合线性渗流规律，将瓦斯气 方程(1)，方程 (2)，方程 (3)即构成了煤岩体 收稿 日期 ：2013—05—19 基金项目：国家 自然科学基金资助项 目51140118；陕西省教育厅科研计划资助项 目(11JK077