浅埋煤层矿压显现规律与覆岩移动的数值模拟研究

【资源摘要信息】: "浅埋深薄基岩工作面矿压显现规律研究，通过UDEC数值模拟软件分析了神华李家壕煤矿覆岩移动规律，对比了模拟与实测数据，揭示了矿压显现的特点，包括初次来压、周期来压步距以及关键层来压时的地表下沉现象，提出覆岩可能仅存在垮落带和裂隙带的两带结构。" 在煤炭开采过程中，矿压显现是至关重要的研究领域，它关系到矿井的安全与生产效率。本文主要关注的是浅埋深薄基岩煤层的工作面，这一特殊地质条件下的矿压显现规律具有其独特性。浅埋煤层通常意味着上覆岩层较薄，而薄基岩则意味着地质稳定性较差，容易受到开采活动的影响。 利用UDEC（Unconstrained Decoupled Eulerian Code）数值模拟软件，研究人员对神华李家壕煤矿的上覆岩层进行了细致的分析。该软件能够模拟岩体在开采过程中的应力分布变化和位移情况，从而预测矿压显现模式。通过对模拟结果与现场实测数据的比较，可以得出以下几点关键发现： 1. 初次来压步距：模拟结果显示为40米，而实际观测值为36.4米。这表明在开采初期，岩层的压力释放有一定的提前，对矿井支架系统的设计提出了挑战，需要考虑更短的初次来压周期。 2. 周期来压步距：模拟与实测数据基本一致，约为20米。这意味着在周期性的压力释放过程中，岩层的运动规律稳定，可为制定合理的采煤工艺和支护策略提供依据。 3. 关键层来压现象：当关键层受到压力时，表现出显著的动载效应，导致上覆岩层全厚度切落，地表急剧下沉。这一现象预示着传统的“三带”理论（即垮落带、裂隙带和弯曲下沉带）可能不适用于此类工作面，覆岩结构可能简化为垮落带和裂隙带两部分。 这一研究对于理解浅埋深薄基岩煤层的工作面矿压显现规律有重大意义，有助于提高矿井的安全生产水平，减少因矿压问题引发的事故风险。同时，这些发现也为优化支护设计、改进开采方法提供了理论支持，以实现更高效、更安全的煤炭开采。未来的研究可进一步探讨如何根据这些规律来优化开采计划，以平衡生产效率和安全系数。