岩浆岩侵入顶板应力分布数值分析.pdf

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1、总第164期doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2013．04．023岩浆岩侵入顶板应力分布数值分析段启兵(云南能源职业技术学院资源与环境工程学院，云南曲靖655001)摘要：针对某矿7321工作面老顶为岩浆岩侵入区，运用UDEC软件模拟了不同厚度岩浆岩侵入的顶板破断及应力演化规律。顶板岩浆岩侵入厚度越大，顶板初次来压步距、周期来压步距都增大；同时随着厚度的增加，顶板垂直应力增大。掌握岩浆岩侵入的顶板运移规律，对预测由其产生的顶板灾害具有重要意义。关键词：岩浆岩；顶板灾害；跨落步距；数值模拟中图分类号：TD322文献标识码：B文章编号：1005—2798(2013)04—

2、0056．04岩浆岩侵入煤层及其顶、底板时会给工作面安浆岩厚度依次为2．5m、5m、7．5m、9m。全生产带来一系列的安全、技术及经济问题，主要是1)模型初始应力：模型初始应力场为近水平由于岩浆岩强度大，易积聚大量的弹性能，特别是侵压力应力场，垂直方向应力岩体为自重应力，水平方入顶板时会出现大面积悬顶，进而带来一系列的矿向x,y应力相等，取==一15×10。Pa。压剧烈显现等问题。对此，我国相关工程技术人员2)模型边界条件：模型前、后、左、右4个平已经开展了大量的基础研究工作J，取得了一定面以及底面边界为滚轴支座边界条件，即底面限制的成果。宋金旺通过在石炭二叠纪受岩浆岩侵竖直方向的位移，前、后

3、、左、右4个平面限制水平方入影响的特厚破碎煤层工作面巷道中采用支护新理向的位移。模型顶面边界为应力边界，以上覆岩层论、新材料、新工艺，取得了良好的支护效果。郑书自重引起的均布应力为应力边界条件。兵采用理论分析和现场试验相结合的研究方法，3)本构关系：选用摩尔一库伦塑性模型。总结了岩浆岩侵入全煤巷道时的变形和破坏特征，4)模拟步骤如下：建立初始模型，计算应力提出了采用高强度高刚度的锚杆锚索支护系统进行场平衡；采用UDEC软件模拟分析了7321综放工作巷道支护设计；刘怀伦在岩浆岩侵蚀较严重并伴面回采过程中工作面前后方以及顶底板中应力的分生天然焦的较薄厚煤层条件下成功运用轻型液压支布特点。该模型长1

4、50m，高71m。其围岩力学参架综采放顶煤工艺，取得了较好的安全经济效益。数见表1。岩浆岩从煤层上部侵人，其硬度高，影响范围表1围岩力学参数大，给回采、顶板管理及冲击矿压、瓦斯治理工作带来极大困难。因此，对岩浆岩侵入条件下工作面的顶板管理以及安全回采技术进行研究，降低岩浆岩等坚硬顶板来压显现对回采工作面的影响程度，减少回采工作面来压对支柱的损坏、维护时间和费用，其经济效益和社会效益显著。1数值模拟分析在开挖前首先进行静力平衡计算。为了避免边1．1数值模拟模型界效应，从=18m处开始开挖，开挖后进行静力平根据某矿7321工作面实际情况建立模型，从下衡计算，直到平衡后再开挖下一步。往上依次为：4m

5、的泥岩底板，2m的砂质泥岩，6m1．2回采过程中应力分布及变化的7煤，不同入侵厚度的岩浆岩，5m的泥岩，14m在岩浆岩厚度为2．5m时，随工作面逐步推进，的粉砂岩，40m的泥岩老顶，根据工作面顶板不同在采空区顶板上方形成了一个减压区，随采空区面入侵厚度的岩浆岩，分别建立4个不同模型，其中岩积增大，减压区的高度、宽度也随之增大，在工作面收稿日期：2013—11—11作者简介：段启兵(1984一)，男，四川宜宾人，助教，从事煤矿开采方面的教学与科研工作。56段启兵：岩浆岩侵入顶板应力分布数值分析第22卷第4期暮R推进到30m时，顶板初次破断。最终垮落的过程。在工作面推进到38m时，顶板初∞卯∞如∞

6、图1为开挖5m、10m、20m、30m时顶板(岩浆次破断。图4为开挖10m、20m、30m、40m时顶板岩)从开切眼后方15m处到距切眼60m处的应力(岩浆岩)从切眼后方15m处到80m处的应力变变化对比图。化分布。50加30山201o0—10距离，m·开扔；+开挖10；—开挖20；—·一开挖30；图3初次跨落后2．5m岩浆岩位移变化曲线50图12．5m岩浆岩时不同开挖距离顶板应力分布40由图1可知，在工作面推进5In时，在煤壁前后30形成了应力集中，其最大值为18MPa，相比15MPa的原岩应力，应力集中系数为1．2；当推进10m时，要2010煤壁前后的应力集中程度进一步增大，达到0020"

7、30405060708020MPa，应力集中系数达到1．33；推进20m时，煤—10壁前后应力集中达到30MPa，原应力集中系数达到距离lm—‘～开挖10m；—◆一开挖20m；+开挖30in；—*—开V2aom；2。当顶板初次跨落时，煤壁前后的应力集中程度进图45m岩浆岩时不同开挖距离顶板应力对比一步加剧，煤壁前方顶板达到40MPa，应力集中系由图4可以看出，在工作面开挖10m时，在煤数达到2．6