承压开采底板破坏及突水机理数值模拟研究.docx

承压开采底板破坏及突水机理数值模拟研究
摘要
随着煤炭资源的逐渐枯竭，煤炭开采人数进一步增加，导致安全生产难度不断提高。本文以承压开采底板破坏及突水机理为研究对象，运用数值模拟方法进行模拟研究，研究结果表明，承压开采底板破坏与突水具有相互联系的关系，在实际生产中应注意防范此类事故的发生。
关键词：承压开采；底板破坏；突水机理；数值模拟
Abstract:
Withthegradualdepletionofcoalresources,thenumberofcoalmineworkershasfurtherincreased,leadingtotheincreasingdifficultyofsafetyproduction.Thisarticletakesthefailureandwaterinrushmechanismofthepressuredminingfloorastheresearchobject,andusesnumericalsimulationmethodstoconductsimulationstudies.Theresearchresultsshowthatthereisamutuallyrelatedconnectionbetweenthefailureofthepressuredminingfloorandwaterinrush,andprecautionsshouldbetakentopreventsuchaccidentsfromhappeninginactualproduction.
Keywords:Pressuredmining;floorfailure;waterinrushmechanism;numericalsimulation
一、引言
随着煤炭资源的快速消耗，矿工的工作环境越来越危险。承压开采是一种比较危险的煤炭开采方式之一，坍塌、滑坡、突水等事故频发。底板破坏与突水是承压开采中最为危险的两种事故形式，会对矿井的生产和生命财产安全造成严重威胁。因此，了解承压开采底板破坏及突水机理对矿井安全生产具有重要意义。
本文以承压开采底板破坏及突水机理为研究对象，利用数值模拟方法对其进行模拟研究。在此基础上，分析承压开采底板破坏与突水的影响因素，以及应对此类事故的预防措施，为矿井安全生产提供一定的理论参考。
二、承压开采底板破坏数值模拟
（一）承压开采底板破坏原因
承压开采底板破坏是由于煤炭开采导致地下水位降低、地质应力分布改变等因素引起的。当采空区的压力减小到一定程度，底板失去支撑作用，过大的应力集中于旧矿脉等几何构造中，导致底板发生破裂破坏的现象。
（二）承压开采底板破坏数值模拟
为了研究承压开采底板破坏机理，本文采用FLAC3D软件建立了承压开采模型。该软件可以对极限状态、变形和稳态过程进行三维模拟，具有一定的精度和可靠性。
在建立承压开采模型时，采用了三重裂隙岩体模型来代表煤岩层，包括原煤、顶板和底板，模拟过程中考虑了水平交错的层接及地应力变化对底板破坏的影响。建立完模型后，进行相应的数值计算并得出如下结果：
（1）底板破裂破坏前，底板在承压作用下逐渐上拱；
（2）底板破裂后，逐渐下凹，底板失去支撑作用，并出现明显断层，局部地带出现破坏区；
（3）在底板破坏前后，模拟区域中地应力分布显著改变，地应力方向整体变化。
以上结果表明，承压开采底板破坏与地应力变化密切相关，应从地质、水文等方面综合分析，找到不同的治理措施和方法，以保障矿井的安全生产。
三、承压开采突水机理数值模拟
（一）承压开采突水原因
承压开采底板破坏会影响地下水流动，水流加速到达煤层空旷部分，压力瞬间降低，形成水力梯度，引起突沥。另外，承压开采过程中，底板破裂后，地表陷落和底板内压力变化，都会导致煤层旁通孔发生扩张，从而使突水事故更容易发生。
（二）承压开采突水数值模拟
为了研究承压开采突水机理，本文采用FLAC3D软件建立了承压开采模型。在模型中设置突水孔道，并设置煤岩层，通过数值计算，得出了如下的结果：
（1）煤岩层受到巨大的压力，压力随开采进程逐渐增加；
（2）随着煤炭开采的进行，突水孔道逐渐扩大，突水现象得到进一步加速；
（3）承重开采过程中，突水孔道变化和周围水流受到重力影响，突水流动速度会不断变化。
以上结果表明，承压开采突水和底板破坏有较强的相互关联，要想防范突水事故，必须从根源上研究突水原因，加强巡检和监测，确保及早发现，对突水孔道尽早进行治理。
四、底板破坏及突水的预防措施
（一）加强预测和监测：
加强地质勘探，确保数据全部收集或更新完全，并按时完成对地下水位、地应力、地震监测等的监控工作，对底板状况进行全面发布，及早发现问题并及时进行控制。
（二）合理煤次顺序
确定合理的煤次顺序，减少错层间隔，掌握开采进度