沿空掘巷矿压数值模拟研究

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1、沿空掘巷矿压数值模拟研究摘要：根据某矿生产地质条件，通过UDEC数值模拟研究沿空掘巷的矿压显现规律，获得了不同方案下窄煤柱内应力分布特征。关键词：UDEC；沿空掘巷；矿压显现中图分类号：TD16文献标识码：A1模型介绍某矿3104工作面生产地质条件，模拟工作面沿空掘巷窄煤柱的留设及其稳定性。3104轨道巷掘进主要受到3102工作面采空区侧向支撑压力影响。模拟煤层厚度6.0m,将巷道及窄煤柱、实休煤一侧30.0m范围内的煤体划分为0.6mX0.4m（宽X高）的块体；巷道顶煤划分为1.5mX0.9m（宽X高）的块体。巷道直接顶厚度为2.0m,块体大小划分为3mX2.5m（宽

2、X高）、1.5mXlm（宽X高）、3mX2.5m（宽X高）的块体，模拟基本顶厚度为8.0m,块体大小划分为6mX4m（宽X高）。整个模型尺寸（宽X高）150mX63.9m,上边界载荷按采深390m计算，模型底边界垂直方向固定，左右边界水平方向固定，原始数值计算模型如图1所示。窄煤柱数值模拟采用的巷道宽X高为4.0mX3.Im,基本支护参数见图2。锚杆：顶帮锚杆均采用20X2400mm的左旋螺纹钢锚杆，锚杆按杆单元考虑，树脂药卷加长锚固；顶锚杆和帮锚杆排距均为lOOOmmo锚索：顶帮采用两根e17.8mmL7300mm锚索，锚索间距2000mm,排距2400m,两根

3、锚索离巷道中线位置距离均为1000mm,布置在两排锚杆中间。2数值模拟方案影响窄煤柱稳左性的因素有煤层力学参数、煤柱宽度、锚杆支护强度等，考虑基本顶弧形三介块结构形成后掘巷，窄煤柱在弧形三角块结构给定变形作用下发生变形和破坏。结合华晟荣煤矿生产地质条件，在给定支护条件和围岩力学参数条件下，只考虑煤柱宽度，设计计算7个方案。分别为留设3、4、5、6、8、10、15m煤柱。见表1。3数值模拟的步骤数值模拟过程主要分三步，包括：（1）原岩应力平衡计算；（2）工作面回采计算；（3）沿空掘巷掘进及锚杆支护计算；4窄煤柱掘巷期间煤柱应力分布（1）煤柱宽度对应力分布影响较大。煤柱较小

4、时其应力比较小且比较均匀，煤柱由3ni增大到15m时，煤柱内垂直应力峰值基本呈增大趋势,3m时垂直应力峰值为18.5Mpa,4m时垂直应力峰值为16.7MPa,5m时垂直应力峰值为17.2Mpa,但窄煤柱宽度大于6m后垂直应力峰值明显加大,6m时垂直应力峰值为20.8Mpa,8m时垂直应力峰值为27.2Mpa,10m时垂直应力峰值为29.2Mpa,15m时则达到了31.IMPa,煤柱内垂直应力峰值的增大不利于煤柱的稳定，由此可知，煤柱超过5m后，随着煤柱宽度的增加，煤柱的稳定性逐步降低，4m〜5m煤柱内垂直应力峰值最小，对煤柱的稳定最有利。（2）煤柱宽度由3n）增大到1

5、5m时，窄煤柱内垂直应力分布由近似三角形逐渐向梯形过渡。煤柱宽度为3m〜5m时，垂直应力分布近似三角形，煤柱应力峰值区（以应力峰值的0.8倍计算）较小，因此发生塑性破坏的煤柱区域也比较小，但煤柱宽度为6m〜15m,垂直应力分布近似梯形，煤柱应力峰值区比较大，煤柱的稳定性明显减弱。(3)煤柱宽度对煤柱浅部应力的影响：煤柱3m时，浅部应力较大，煤柱4m~6m时,浅部应力较小。煤柱超过6m后，随着煤柱宽度的增人，浅部应力乂相应的增大。参考文献[1]刘增辉，高谦，华心祝，等•沿空掘巷闱岩控制的时效特征[J]•采矿与安全工程学报，2009,26(4)：465-469.[2]陈登红

6、，华心祝，李英明•复杂条件下回采巷道围岩控制综合技术研究[J]•煤炭科学技术,2010,38(12)：14-21.[3]陈登红，华心祝，李英明，等•回采巷道围岩分类治理模式及关键技术研究[J]•岩石力学与工程学报，2012(11).