宽巷掘进沿空留巷矿压规律数值模拟研究

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1、煤矿现代化2012年第4期总第109期宽巷掘进沿空留巷矿压规律数值模拟研究林东才，魏夕合(山东科技大学资源与环境工程学院，山东青岛266590)摘要采空区顶板岩层分层垮落、岩层的旋转下沉和平移下沉造成巷道围岩次生应力场重新分布，围岩变形严重，因此，掌握沿空留巷采动支承压力影响下顶板岩层运动规律非常必要。针对某矿浅埋煤层、宽巷掘进、预掘留巷位置混凝土砌块沿空留巷的实际情况，通过三维数值模型对留巷围岩应力场、位移场、破坏场进行反演，揭示了留巷围岩矿压活动规律，对巷旁支护墙体受力变形特点、与硕板运动协调变形关系进

2、行了分析，得出工作面轨顺留巷前后巷道围岩变形规律，为沿空保留巷道围岩控制提供了理论依据和技术支持。关键词混凝土块砌墙；沿空留巷；围岩稳定性；数值模拟中图分类号：TD311文献标志码：A文章编号：1009—0797(2012)04—0050—04沿空留巷是煤矿开采技术的一项重大改革，它学参数如表1。三维模型模型尺寸240×200×162对提高煤炭回收率，降低掘进率，缓解采掘接替的(X×Y×z)m；为节省计算空间和加快计算速度，在不紧张状况，提高矿井的经济效益、集约化建设都有影响计算精度的情形下单元采用不均匀离

3、散方法划着十分重要的意义【1—7】。巷旁支护强度和巷内支护分，模型共计100775个单元，109415个节点。初始应2，4mnB参数等均会影响留巷的矿压显现及稳定性。相对于力场垂直方向按覆岩自重生成，水平方向按侧压系数普通开采方式，沿空留巷开采全过程的矿压显现规=1．0生成。模型岩性分布与实际地质综合柱状图21222212211律有其显著特点。分析沿空留巷工作面巷道围岩活一致。岩性参数见表1。模型侧向边界m限m制毋水平位mc移罨0，m毋mom动规律，增加对沿空留巷工作面矿压显现规律对进底部限制垂直位移，上部

4、施加覆岩自重应力，大小为一步推广沿空留巷技术具有重大意义。4．4MPa。模型自重不计。模型采用软件内嵌的复合莫尔一库伦准则，也就是模型可以发生剪切和拉伸破1工程地质条件分析坏。模型如图2、图3所示。某矿10302综采工作面轨道顺槽宽巷掘进、预表1煤岩力学参数弛勰如如如勰如如勰如勰掘留巷位置混凝土砌块沿空留巷，最大埋深253m，最r／=摩擦角(0)粘结力(Pa)a1fPa)～⋯⋯⋯～小埋深182m，平均220m左右；煤层厚度为1．6～i113il312．2m，平均1．90m；墙体位于巷道采空区侧，砌墙留巷前巷

5、道宽度4．7m，墙宽1．3m，沿空留巷保留巷道宽度666嘶66嘶666嘶6663．4m。墙高砌筑到顶板，平均约2．2m。综采工作面长度156m巷内支护采用锚网索联合支护形式。=．呈=0薹OO，．O0；薹2留巷稳定性数值模拟分析2．1三维模型建立综采工作面推进方向为v方向，垂直方向即地质结构剖面方向为Z方向，工作面延展方向为X方向。有限差分模型水平方向范围x(一120—120m)，垂直方向范围z(O～162m)，推进方向y(0～200m)。取煤层以上15lm做上边界，以下9m做下边界建模，数值仿真综采工作面采

6、空区顶板冒落后压实上边界以上的岩层作为作用在模型上边界上的外荷的过程是对沿空留巷影响的关键。工作面采空区压载。左、右边界和下边界约束法向位移。煤层平均厚度实的过程是通过FLAC3D内嵌的FISH语言编程来2．0m，第一岩梁为9m的泥质粉砂岩，第二岩梁为实现的，采空区材料本构行为采用S~amon(1990)9．0m泥质粉砂岩，第三岩梁为12m粉砂岩，第四岩梁采空区压实理论模型，该模型的理论基础是采空区为2．5m的细砂岩，第五岩梁为30．5m粉砂岩，煤层采材料模型符合应变硬化行为用一次采全高综合机械化采煤方法。

7、原岩计算物理力2．2模拟计算方案设计·50·煤矿现代化2012年第4期总第l煤体一侧下沉量。值可能有所出入，但是通过模拟，我们可以得到采(1)在工作面推至距离观测点15m左右时，受到场矿压规律以及大体墙体支承效果，因此，本次模超前支承应力的影响，巷道顶底板开始出现变形，工拟可以说明用C30强度的墙体进行巷道充填可以作面推过监测点10m后巷道围岩变形速度增加，工取得理想效果。作面推过70m左右时，巷道围岩变形基本稳定；(2)巷道中心点处的底板的位移是向上的，也就是底鼓，位移量最大达到100mm左右；巷道顶板及

8、四角的垂直位移在模拟中表现为向下，也就是沉降，最大位移量顶板左、中、右三个位置分别达到130mm、180ram、200mm左右，底板左帮角、右帮角位置最大位移量有70mm、140ram左右。从图5一图8可以看出，巷道顶底板竖直方向的变形在工作面推过巷道监测点20m后明显增大，竖直方向的变形右帮比左帮强烈，顶底板的右侧部分比左侧部分强烈；巷道底板的变形是由于巷道两帮将上部应力传递到了底板，于是巷道两帮与底板成为一个