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1、数值模拟探究首采面两巷应力分布规律摘要：目前，预测首采面两巷应力分布规律为支护参数设计及加强超前支护管理提供可靠依据。本文通过数值模拟预测某矿首采面应力矿压显现规律情况，以期为后期安全高效开采提供保障。关键词：数值模拟；首采面；矿压显现规律中图分类号：TD32文献标识码：A1地质概况某工作面开采煤层为13-1煤层，总厚2.37~3.75m,平均2.88m,煤层结构较复杂。直接顶为砂质泥岩、13-2煤、泥岩、砂质泥岩等，局部为细砂岩，平均厚度为6.4m。老顶为砂质泥岩、中砂岩，厚度2.5〜3.Im,平均厚度2.7m；直接底
2、泥岩，厚度3.57〜4.85m,平均厚度4.15m；老底为粉砂岩，厚度2.55〜3.7m,平均厚度3.05m。工作面推进长度2122m,工作面长度为203m,工作面沿俯斜推进，东高西低,倾向SW,其煤层底板标高为-579〜-729m,地面标高为+21.9〜+22.5m。13-1煤层平缓，煤层倾角0°〜17°,平均7°，距切眼500m范围内倾角较大9〜17°,平均11°左右。1141(3)工作面西至13-1煤采区大巷，东至13-1防水煤柱线，南邻F161断层，该工作面周围均为未采区。工作面两巷均采用矩形断面，锚网支护，断面
3、净宽X净高=5.OmX3.Omo特殊地段采用架棚、增设点柱等办法加强支护。架棚支护参数：半圆拱断面，29U钢棚，棚距600mm,宽X高=5.2mX4.05mo2模型建立数值模型共有64375个单元格，模型总高度为98.4m,长度为300m,宽度为300m。模型上部边界是应力边界条件,其余边界是位移边界条件，模拟煤层倾角为7°,工作面沿俯斜推进，模拟工作面平均采深为645.5m,工作面上覆岩层平均容重取24KN/m3,模型如图1所示。图1数值模型及网格划分3两巷矿压显现规律的数值模拟研究3.1两巷垂直应力分布根据图2可知，
4、在巷道两帮深约3〜4m处，形成最大集中应力。靠近工作面一侧的集中应力普遍大于另外一侧的集中应力。巷道周围出现的垂直应力小于原岩应力，表明这部分围岩已经彻底破坏了。(1)轨道顺槽垂直应力分布在工作面前方，巷道煤帮内最大垂直应力随着到采煤工作面距离(采距L)的增加也会发生变化，如图3所示。随着到工作面距离的增加，轨道顺槽煤帮内的最大垂直应力逐渐减小，并在工作面前方约60〜70mm处趋于稳定。图3轨道顺槽靠近工作面侧煤帮内最大垂直应力与采距的关系(2)运输顺槽垂直应力分布在工作面前方，运输顺槽靠近工作面一侧煤帮内最大垂直应力与
5、采距的关系，如图4所示。随着到工作面距离的增加，运输顺槽煤帮内的最大垂直应力逐渐减小，并在工作面前方约50〜60mm处趋于稳定。图4运输顺槽靠近工作面侧煤帮内最大垂直应力与采距的关系3.2两巷水平应力分布(1)轨道顺槽水平应力分布在工作面前方，轨道顺槽靠近工作面一侧煤帮内水平集中应力与采距的关系，如图5所示。随着到工作面距离的增加，轨道顺槽煤帮内的最大水平应力逐渐减小，并在工作面前方约60〜70mm处趋于稳定。图5轨道顺槽靠近工作面侧煤帮内水平集中应力与采距的关系(2)运输顺槽水平应力分布在工作面前方，运输顺槽靠近工作面
6、一侧煤帮内水平集中应力与采距的关系，如图6所示。随着到工作面距离的增加，运输顺槽煤帮内的最大水平应力逐渐减小，并在工作面前方约50〜60mm处趋于稳定。图6运输顺槽靠近工作面侧煤帮内水平集中应力与采距的关系结语数值模拟分析了两巷垂直应力及水平应力对巷道围岩变形的影响，研究了两巷围岩垂直应力及水平应力分布规律，获得了工作面推进不同距离时巷道垂直应力、水平应力与采距的变化关系。在工作面前方，靠工作面侧的巷道煤体内的垂直应力、水平应力普遍比巷道另一侧的大。随着到工作面距离的增加，巷道最大水平应力及最大垂直应力逐渐减小，并轨道顺
7、槽在工作面前方约60〜70m趋于稳定，运输顺槽在工作面前方约50〜60m趋于稳定。数值模拟计算结果为巷道超前支护提供一定的参考。参考文献［1］何满潮，谢和平，彭苏萍等.深部开采岩体力学研究［J］.岩石力学与工程学报，2006,24(16)：2803—2813.［2］陈登红，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［N］煤炭科学技术，2010,38(12)：14—21.
