上保护层开采下伏煤层卸压变形及应力分布 论文
在矿业领域，特别是在煤炭开采中，保护层开采是一种常见的安全技术，其目的是通过开采上部的煤层（称为保护层）以达到预防或减少下伏煤层中煤与瓦斯突出风险的效果。由于煤炭是一种复杂的地质体，其开采过程对周围煤层的应力状态和物理状态会产生显著影响。因此，深入研究上保护层开采过程中下伏煤层的卸压变形和应力分布规律是至关重要的。本研究以河南平顶山四矿己组煤层为对象，构建了煤岩体蠕变动力学模型，并利用数值模拟软件进行仿真模拟和工程验证，提高上保护层开采的安全性和有效性。
关于保护层开采，这种技术可以利用上保护层开采后在下伏煤层中形成的卸压带，来降低下伏煤层中的瓦斯压力和应力集中，从而避免或减少煤与瓦斯突出的危险。研究中提到的卸压角是指在上保护层开采过程中形成的卸压带边界与煤层走向的夹角，这个角度反映了卸压带的宽度和卸压效果。对于卸压角的研究有助于确定保护层开采的有效范围和瓦斯排放效果。
数值模拟是通过数学模型和计算方法来模拟实际物理过程的一种技术手段。本研究中采用了数值模拟软件对下伏煤层的膨胀变形及卸压分布规律进行了仿真模拟，这种模拟可以预测在实际开采过程中煤层可能出现的变形和应力变化情况，为工程实践提供理论依据和指导。
应力分布是指在开采过程中由于煤层和围岩的相互作用导致的应力在煤层及周围岩石中的分布状态。了解这种分布对于预测潜在的煤与瓦斯突出风险和评估保护层的卸压效果至关重要。本研究通过数值模拟揭示了下伏煤层中的应力分布规律，并指出随着上保护层工作面的推进，下伏煤层左右两侧形成的卸压角及横向塑性变形量增大的情况，这为控制煤层变形和瓦斯流动提供了科学依据。
塑性形变是材料在外力作用下发生永久变形的现象，在本研究中特指煤层在上保护层开采影响下的形变。塑性形变的恢复意味着煤层在卸压后能够部分恢复到原始形态。研究发现，下伏煤层呈现出塑性变形和形变恢复的变化特征，这说明上保护层开采对下伏煤层产生了影响，使得煤层在卸压后表现出一定的变形恢复能力。此外，上保护层的开采能够形成下伏煤层瓦斯卸压通道，有利于瓦斯的抽采。这一发现对于矿井通风设计和瓦斯管理具有重要的指导意义。矿井瓦斯的集中管理和有效抽采对于预防煤矿瓦斯事故具有决定性的作用。通过本研究的结论，可以对保护层的布置和开采顺序进行优化，提高瓦斯治理效率。
