五阳煤矿综放沿空掘巷的煤柱宽度留设的数值模拟研究.pdf

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1、能源技术与管理2013年第38卷第6期EnergyTechnologyandManagementVoL38No．6doi：lO．39690．issn．1672—9943．2013．06．009五阳煤矿综放沿空掘巷的煤柱宽度留设的数值模拟研究郝建国(山西潞安集团，山西襄垣046200)[摘要]运用FLAC数值模拟方法，研究了五阳矿沿空掘巷在不同煤柱宽度下的应力分布及变形破坏程度。得出了不同煤柱宽度下，掘巷的煤柱应力、两帮移近量、顶板下沉量和底鼓量与煤柱宽度关系，经过分析，得出了合理的沿空掘巷煤柱尺寸为5～6I'll。[关键词]综放_

2、T-作面；沿空掘巷；F1AC如数值模拟；煤柱宽度[中图分类号]TD322[文献标识码]B[文章编号]1672_9943(2013)06022_O2表1五阳煤矿3煤层顶底板岩层赋存情况0引言名称喜名称厚／度⋯岩性⋯特征目前我国煤巷锚杆支护所占比例达到90％m以上，随着煤巷锚杆支护技术的推广应用，传统采老顶譬5．67~18．52鲁亲化掘体系中为回采工作面留设大煤柱的做法正在越来越多的被小煤柱沿空掘巷所取代lll。沿空掘巷直接顶警1．35-12．00霪霍誊妻茗少量的位置主要取决于采空区侧向上覆顶板岩层的物伪顶泥岩0．23~0．50煤线或

3、煤屑，节理发育、易冒理力学状态及侧向支承压力的分布状况。工作面侧向支承压力的应力集中系数在2～3之问，支承直接底0．73~13．20’榔压力峰值距离采空区边缘15～20m，影响范围距采空区边缘1530m。工作面侧向方向上的应力老底4．95-11．90昙鲁劫降低区的宽度一般小于10m。近年来，采用数值模拟方法进行巷道支护研根据五阳煤矿3煤的顶底板及煤层的物理力究得到了快速发展。运用数值模拟方法可以模拟学性质，进行综放面沿空掘巷的窄煤柱合理宽度复杂围岩条件、边界条件和各种断面形状巷道的的模拟，模型尺寸为：长X宽=35mx25m，数值模

4、应力场与位移场；可进行多个方案的比较，分析各拟模型的顶底板力学参数，FLACzo数值计算模型因素对巷道支护的影响；模拟结果直观，便于分析图如图l、表2所示。按上覆岩层厚度400m，数处理。FLAC。数值计算软件基于有限差分方法，值计算模型的上边界施加10MPa载荷，侧压系数求解过程采用快速拉格朗日算法，主要用于解决取1．8；模型两侧为水平位移约束，模型底部为固岩土工程中的二维、三维弹塑性问题，能模拟岩土定位移约束；数值计算模型的煤柱宽度分别取工程的大变形过程、锚杆加固结构与围岩的相互2Ill、3m、4m、5m、6m、7m和8m作用

5、等问题_2_。1数值模拟分析1．1建模五阳煤矿7806综放工作面开采山西组中下部3煤层，地面标高为890～930m，工作面标高为333—392113，煤层赋存稳定，平均厚5．90m，煤层倾角为2。一5。，含两层夹矸，分两个自然分层，其结构为5．90=1．5O(0．01)3．24(0．05)1．10。煤岩类型为亮～半亮型煤，煤质为PSM。7806综放工作面顶底板岩层赋存情况如表1所示。图1FlAG数值计算模型2013年12月Feb．，2013郝建国五阳煤矿综放沿空掘巷的煤柱宽度留设的数值模拟研究230∞表2数值计算模型的岩层物理及力

6、学参数掘巷顶板位移量先增加，然后逐渐减小，最后趋于稳定，掘巷底板底鼓量先趋于稳定，然后增加，最后趋于稳定。③随着煤柱宽度增大，煤柱水平位移量先增加，然后逐渐减小，最后趋于稳定，实体煤帮水平位移量先增加，然后逐渐减小，最后趋于稳定。当煤柱宽度小于5rn时，顶板位移量较大，当煤柱宽度大于5～8m时顶板位移量较小；当煤柱宽度小于6n'l时，底板底鼓量较小，且变化不大，煤柱宽度大于6m后掘巷的底鼓量随着煤柱宽度增加而增加。④随着煤柱宽度增大，掘巷两帮移1．2数值计算结果分析近量先增加，然后逐渐减小，最后趋于稳定，掘巷通过对上述7个数值计算

7、模型进行数值模顶底板移近量先增加，然后逐渐减小，达到最小值拟，分别得到了沿空巷道实体煤帮及煤柱内的垂后再逐渐增加，最后趋于稳定。直应力集中值与煤柱宽度的关系图，沿空巷道的综上所述，当掘巷的煤柱宽度在4nq以下时，顶板移近量和底鼓量与煤柱宽度的关系图和沿空应力集中主要发生在掘巷的实体煤侧，煤柱进入巷道两帮移近量、顶底板移近量与煤柱宽度的关塑性区，煤柱的完整性较差，不利于煤柱的维护系图，如图3～5所示。⋯；当煤柱宽度在4．5～6m之间时，煤柱的应力集7060中系数小于实体煤侧，掘巷处于低应力区，巷道围焉450岩整体处于采空区侧向老顶大

8、结构下l5]，煤柱中}380存在一定宽度的弹性区，使得煤柱的承载能力和0完整性较好。当煤柱宽度大于6m时，煤柱内部煤柱宽度／m出现高应力集中区，且应力集中值和掘巷实体煤—摹_实体煤应力集中值—一煤柱内应力集中值一侧基本相等，说明掘巷的位置正离开采空