采场底板陷落柱渗流突水数值模拟

2018-03-21张川牛狄超然

现代矿业 2018年2期

张川牛狄超然万芬

(1.山西寿阳段王煤业集团有限公司；2.武汉地大华睿地学技术有限公司)

岩溶陷落柱广泛发育在我国华北地区，是一种特殊的隐伏型地质构造，其诱发的突水具有突发性、隐蔽性、突水量大等特点[1]，严重威胁煤矿安全生产。陷落柱作为一种强导水通道，常导致奥陶系灰岩突水事故，已经造成我国多次淹工作面和淹井灾害。因此，研究陷落柱突水规律对预防煤矿突水事故的发生尤为重要[2]。

1 工作面概况

某矿31102西工作面埋深为658～690 m，工作面宽150 m，煤层厚1.5～5.2 m。工作面底板以泥岩、粉砂岩、细砂岩为主，距煤层底板90 m处为奥灰含水层，水压为5～7 MPa。根据物探和钻探结果，现已查明煤层底板有一小型陷落柱(1#)，陷落柱平均半径为40 m，高约60 m，呈倒漏斗形，陷落柱顶端距煤层大约30 m。因此，沿工作面推进极有可能发生底板突水事故。

2 数值模型的建立

采用FLAC3D数值模拟软件建立模型，尺寸为500 m×300 m×220 m，煤层厚5 m，模型底部为承压水含水层，其上为隔水层，距煤层底板30 m处有一圆台状陷落柱，陷落柱顶部直径为10 m，底部直径为70 m，高60 m。数值计算模型见图1。模型约束底部垂直方向的位移，约束左右两边水平方向的位移。原点定在模型底部中心位置，煤层走向为x方向。设煤层的埋藏深度为700 m，采用等效载荷代替底部压力，取上覆岩层平均密度ρ=2 600 kg/m3。底部承压水含水层压力为固定值(6 MPa)。模型中各岩层的岩石物理力学参数见表1[3]。