沿空留巷矿压显现规律的数值模拟.pdf

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1、2012年第3期能源技术与管理15doi：lO．39696．issn．1672—9943．2012．03．006曩一砖一≮誊董拔鬟舞毒躲臻鬟沿空留巷压显现规律的数值模拟贝太伟-，周保精，徐金海z(1．山东省七五生建煤矿，山东微山277606；2．中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州221116)[摘要]利用数值模拟的方法，以施工工作面沿空留巷煤层地质条件为背景，研究了急倾斜煤层沿空留巷条件下留巷巷道、煤柱应力和变形规律以及煤柱的稳定性，为急倾斜煤层沿空留巷施工提供了必要的技术依据。[关键词]数值模拟；急倾斜煤层；沿空留巷[中图分类号]TD322[文献标识码]B[文章编号]16

2、72_9943(2012)030153以及巷道部位进行网格细化。模型的前后左右、下1概述部固定法线方向位移，顶部加载2MPa的均布载沿空留巷技术能够提高煤炭资源采出率，减荷模拟上覆岩层的压力，锚杆和锚索采用嵌入单少巷道掘进量，还可以实现工作面Y型通风方元进行模拟。采用Drucker—Prager本构模型数值式，为区域瓦斯治理提供空间和时间，有利于矿井计算，模型如图1所示。安全生产，其技术优势和经济效益显著⋯。急倾斜煤层沿空留巷矿压显现规律研究在国内外尚不够成熟口，本文通过对某急倾斜沿空留巷矿压显现规律的研究，对类似条件的巷道支护提供指导。留巷工作面煤层平均厚度为2．78m，

3、倾角51。一72。，平均60o，巷道埋深200ITI。留巷巷道为锚网索支护的拱形断面，巷道顶部打2根锚索。确切定留巷巷道以及煤柱随工作面推进时应力与变形的变化规律，对巷道的支护以及小煤柱的稳定性图1数值计算模型图维护具有重要意义。而留巷后部巷道及煤柱内部通过取小煤柱中心线的截面，如图1所示，观应力、应变的观测十分困难，通过大型有限元软件测小煤柱变形和应力分布情况，为监测煤柱应力ABAQUS建立数值计算模型，对上述实际情况下变形随采煤工作面推进过程的变化规律，在煤柱的煤层开采进行数值模拟，得出相应的煤柱随工上设置观测点，共观测其中5根煤柱，从外到内依作面推进的应力变形情况，以

4、及巷道的应力变形次命名为l～5号，如图2所示。数值计算中采用的规律，给实际施工提供相应设计依据。岩体参数如表1所示。ABAQUS采用最先进的有限元技术，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题，具有独特的系统级模型分析能力。ABAQUS以其优秀的分析能力，模拟复杂系统的可靠性而被各国的工业和研究所广泛采用4]。2数值模拟计算模型的建立根据现场实际情况建立数值计算模型，模型图2监测煤柱示意图大小取长200inx宽200Inx高100ITI范围，采用为观测巷道的变形状态，在巷道顶、底、左右结构化单元网格划分技术，对较为关心的小煤柱

5、帮中心分别布置测线。根据工作面情况，对上述建l6贝太伟，等沿空留巷矿压显现规律的数值模拟2012年第3期表1各岩层的物理力学参数立的计算模型制定如下计算方案和计算目标。的应力，且工作面端头为应力高低转变的突变区计算方案如下：①工作面每推进7m，观测各域；②工作面采动完全时，工作面后方巷道应力和煤柱上的最大应力和变形变化，观测巷道顶、底板变形趋于稳定。巷道顶板的变形量最大，巷道顶底和两帮的应力和变形变化规律；②为了分析煤柱移近量要比左右帮移近量大，巷道煤柱侧煤帮变尺寸对留巷巷道稳定性的影响，选择煤柱尺寸为形量大于另一侧煤帮变形量，巷道呈现不对称变5m×5m和10m×7m两种类

6、型分别进行模拟形，巷道有一定量的底鼓现象发生。计算，并对两者计算结果进行分析比较。3．2小煤柱随工作面推进应力分布变化规律计算目标如下：①得出小煤柱的变形以及应工作面推进过程中，小煤柱附近Mises应力力变化规律，在当前支护方式下，小煤柱稳定性的变化及变形变化规律如图4所示。评价；②得出巷道顶底板和两帮的应力和变形变主化规律及巷道的安全性、稳定性。76煤柱3模拟结果及分析煤柱薹5煤柱煤柱3．1留巷巷道上面回采时巷道应力及变形煤柱图3的计算结果为工作面推进时最大Mises萎应力值及巷道断面顶板最大变形量随巷道断面位【作面推进距离／m置的变化曲线。(a)煤柱应力变化曲线1816

7、7一I号煤柱謇一2号煤柱．至斗<10一3号煤柱蚕一4号煤柱型8—一5号煤牲錾4蜚624巷道断面位置／m(a)最大Mises应力值曲线35302520略15意10轴5