厚黄土层综放开采覆岩破坏数值模拟与安全影响分析

"厚黄土层条件下综放开采覆岩破坏数值模拟研究 (2010年)" 本文是关于在厚黄土层下进行综放开采时覆岩破坏规律的研究，重点探讨了这种特殊地质条件下的岩层移动特征及其对矿井安全的影响。通过离散元方法（Discrete Element Method, DEM）进行数值模拟，作者分析了某山西新建特大型矿井的2#煤层开采过程中，岩层移动、应力和位移变化的情况。矿井设计年生产能力为600万吨，煤层具有一定的节理裂隙，且上覆有约170米的基岩和约100米的黄土层。 研究中，20103工作面作为研究对象，其走向长度2087米，倾向长度288米，平均采厚6米，煤层倾角4度。煤层直接顶板主要由泥岩和粉砂岩构成，基本顶为中到细粒砂岩，底板主要由粉砂岩和泥岩组成，采用综合机械化开采并采用全部垮落法管理顶板。 在数值模拟部分，建立了2D计算模型，模型宽度840米，高度275.57米，煤层厚度6米，黄土层厚度100米。模型考虑了平面应变条件，两侧及底部施加位移约束，顶部为自由边界，模拟在自身重力作用下的应力平衡。模型分12个阶段，每阶段推进距离从30到270米，直至288、328、368米，以研究倾向主断面上覆岩层的动态破坏规律。 计算参数基于矿区实际岩石力学特性，包括法向刚度系数和切向刚度系数，这些参数通过公式（未在文本中给出具体公式）从材料的弹性模量和泊松比计算得出。该研究揭示了在关键层破断前后的覆岩破坏存在两种结构形态：有拱结构和无拱结构，这两种结构形态下厚黄土层对采空区上覆岩层应力和位移变化的影响有显著差异。 研究结果对于理解和预测厚黄土层条件下的覆岩破坏模式，以及制定有效的矿井安全措施具有重要意义。此外，由于黄土层的特殊性，其在开采过程中可能引发的地表沉陷问题也需要特别关注，这对于防止安全事故、保护地面设施和生态环境具有深远的现实意义。该研究为厚黄土层条件下的煤矿开采提供了理论支持和实践指导。