“三软”煤层上保护层开采煤岩应力应变研究

王立 撒占友

摘 要：矿井瓦斯灾害会造成人员伤亡及财产损失，严重影响煤矿企业的生产。为研究上保护层开采过程中下伏煤层应力应变的变化规律，降低高应力应区瓦斯突出事故的发生，本文利用COMSOL进行不同煤岩距离的数值模拟。结果表明在一定范围内，保护层开采可有效降低被保护层煤岩压力。

关键词：保护层;数值模拟;煤岩形变

1 概述

我国是一个是一个煤炭大国，2015年，煤炭在我国能源消费比重中大约占70%，[1]2017年，煤炭能源在一次性能源消费比重中仍大約占60%。[2]随着煤炭资源的利用与开采，我国许多矿井逐步进入到高应力开采区域，一旦发生煤矿事故，特别是在“三软”煤层，将会造成巨大损失。2005年到2014年，煤矿事故中，瓦斯事故仍是造成死亡人数最多的事故。[3]本文在结合前人研究的基础上进行“三软”煤层上保护层开采不同煤层间距煤岩应力应变的研究。

2 模型构建

2.1 数学模型构建

在文献[4]中已给出了相应的假设，并建立了煤岩采动下伏煤层应力应变变化的数学模型，本文将基于文献[4]进行研究。

2.2 物理模型构建

（1）数值模型构建。本文建立的模型为水平煤层，各层分布及属性见图1，本文将通过调节两煤层间的岩层厚度（砂质泥岩层）控制煤层间距，通过调节保护层上方岩层（砂质泥岩层）厚度使被保护层所受总压力保持不变，模型长×宽=200×50m，保护层煤层厚度为3m，被保护层煤层厚度为4m。

在保护层上方有中砂岩层及砂质泥岩层，两煤层中间有砂质泥岩层，被保护层下方有泥岩层及砂质泥岩层。……