[发明专利]一种切顶卸压采空区全域卸压特性数值模拟研究方法

说明书

本发明公开的一种切顶卸压采空区全域卸压特性数值模拟研究方法,通过FLAC3D模拟软件进行数值模型建立，并分别提取传统开采模式、单侧切顶卸压开采模式、双侧切顶卸压开采模式下的模拟数据并进行分析比较，得出切顶卸压采空区全域卸压特性，可以得到巷道顶板和巷旁应力分布以及现场难以监测的采空区内部应力分布，通过对比不同开采模式下水平和垂直方向的卸压范围，得到切顶卸压开采模式下采空区卸压特性，能够搞清楚采空区风流运移和瓦斯运移特性，并根据风流运移规律，掌握工作面与采空区漏风主要区域，从而针对性的进行防漏风封堵。

技术领域

本发明属于煤矿安全开采技术领域，特别涉及一种切顶卸压采空区全域卸压特性数值模拟研究方法。

背景技术

传统长壁采煤法回采一个工作面需要掘进两条顺槽巷道，并留设一个煤柱支撑采空区顶板，因此存在工作面接续紧张和煤柱严重浪费等问题。而传统无煤柱开采技术包括沿空掘巷和沿空留巷两种。沿空掘巷技术虽然提高了煤炭回收率，但是还需要掘进巷道，难以有效解决矿井采掘接替紧张局面。沿空留巷技术虽然减少了巷道掘进量，但在深部煤层开采时巷道难以维护。因此，传统无煤柱开采技术未得到大面积推广。

切顶卸压开采模式回采一个工作面只需掘进一条工作面顺槽(另一条顺槽自动形成)，留设零个煤柱。切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术通过顶板定向预裂切缝技术切断巷道与采空区顶板之间的联系，削弱了二者之间的力学约束，使得采空区顶板在工作面推过后能及时垮落形成巷帮，并进行巷旁挡矸支护，且矸石对上覆岩层形成有效支撑，从而取消了巷旁填充，实现无煤柱开采。与传统开采模式相比，切顶卸压开采技术具有一定的优势。

不同开采模式下采空区顶板的卸压特性势必不同，而卸压特性的差异，必然带来岩层内部应力场和裂隙场的变化，从而改变采空区渗透特性，进而影响采空区内风流运移和瓦斯分布。为此，提出一种切顶卸压开采模式下采空区全域卸压特性的数值模拟研究方法是搞清楚采空区风流运移和瓦斯运移特性的前提。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种切顶卸压采空区全域卸压特性数值模拟研究方法，为防范切顶卸压开采模式下采空区漏风和精准抽采采空区瓦斯提供基础支撑。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种切顶卸压采空区全域卸压特性数值模拟研究方法，包括以下步骤：

(1)收集并整理分析矿井资料以及工作面相关地质情况；

(2)根据工作面顶底板岩性参数，采用FLAC3D模拟软件进行数值模型建立；

(3)模拟采用Mohr-Coulomb本构模型，且强度准则公式为：

其中，σ₁为最大主应力，MPa；σ₃为最小主应力，MPa；为岩石内摩擦角，°； c为内聚力，MPa；当f_s＜0时，材料将发生破坏；

(4)在模型的前、后、左、右四个表面均设置水平位移约束边界，同时，下表面设置垂直位移约束边界，而上表面设定为自由边界并均匀施加自重应力；

(5)进行初始地应力平衡，平衡条件为最大平衡比率小于1e-5；

(6)开挖巷道并进行计算，平衡条件为最大平衡比率小于1e-5；

(7)采用空模型开挖工作面，开启大变形模式，计算平衡条件为最大平衡比率小于1e-5，得到传统开采模式下采空区模拟结果，保存并提取数据；