半煤岩回采巷道结构补偿位置数值分析优化.pdf

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1、2012年第4期能源技术与管理23doi：10．3969／jissn．1672-9943．201204．010⋯、⋯⋯⋯：⋯⋯：⋯j～。。豫～“i矿0■业■技宋_'=譬㈣蓦'。。：举燥岩画采巷道结构补偿位置数值分析优化吴新科，郝光生(1．铜川矿业有限公司，陕西铜川727000；2．中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州22l008)[摘要]针对某矿IV622工作面的半煤岩回采巷道以圆形巷道围岩弹塑性变形范围及位移场分布作理论分析，得出如何提高支护阻力是控制巷道围岩稳定的关键；通过数值分析无支护状态、锚网支护及对支护承栽体进行结

2、构补偿后半煤岩回采巷道的弹塑性变形范围及位移场分布特征，提出合理围岩控制方案。实践证明：对于半煤岩回采巷道，采用理论与数值分析相结合，能有效确定合理锚索结构补偿位置，提高浅部围岩支护承载体的整体承载能力，控制巷道围岩变形与失稳破坏。[关键词]半煤岩；回采巷道；位移场；围岩控制；数值模拟；结构补偿[中图分类号]TD353[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2012)04023_O3①塑性区半径R：0引言目前，对于巷道围岩的稳定性理论分析主要×[]㈩基于均质体中的圆形巷道，而对于半煤岩非均称②周边位移U-"型回采巷道的围岩稳定性没有较

3、为完善的理论分析及相关具体研究]。文章主要以某矿IV622工“×作面回采巷道实际地质条件为背景，采用理论分【胖Xctgq~J析得出提高支护阻力是控制巷道围岩稳定的关(2)键，采取合理有效的围岩控制措施，以一次支护为式中，0为圆形巷道半径，m；p为原岩应力，原则，避免巷道围岩大变形，达到控制巷道围岩稳MPa；只为支护阻力，MPa；c为围岩粘聚力，MPa；~定的目的；借助有限差分软件(FLAC)数值模拟分为围岩内摩擦角，(。)；G为剪切弹性模量，GPa。析此类巷道掘出后围岩的塑性区发育范围及位移由式(1)、(2)可知，巷道围岩的塑性区半径及场分布

4、特征，针对数值模拟分析结果确定合理的其周边位移主要取决于岩层的原岩应力P、内摩围岩控制方案，并成功应用于实践。擦角、粘聚力c、支护阻力及半径等。另外，周边位移随原岩应力的增大呈指数函数关系1巷道围岩稳定性理论分析迅速增长_3]。同时，巷道围岩的塑性区半径及周边巷道掘出后，应力平衡过程中必然引起巷道位移与支护阻力都成反比，为有效控制巷道围岩围岩产生塑性变形、位移场不均衡分布及因巷道的稳定性，需减小塑性区发育范围及位移场分布，断面形状等因素造成的应力集中等现象。在采矿因此在其他因素不可改变情况下，如何提高支护工程领域中，一般工程岩体赋存较深，应力

5、大，巷阻力只是控制巷道围岩稳定的关键，即通过合理道掘出前通常处于弹性变形状态，巷道掘出后，重的支护方式及其布置参数控制巷道围岩稳定。但新分布的应力会超过岩体强度，造成巷道周边围采矿工程领域实际掘出的回采巷道为非均称型断岩产生塑性变形，并从周边向岩体深处扩展。在巷面，且地质情况复杂，上述理论公式不能反应多种道围岩塑性变形计算中，理论上应该考虑塑性区因素影响下巷道围岩的塑性区发育范围及位移场参数的变化，但为简化计算，一般取合适的平均值分布，科研人员往往采用理论分析与数值模拟计作为计算参数。运用极限平衡理论，在各向等压的算相结合的方法，分析特定地质

6、条件与特殊工程情况下，圆形巷道的塑性区半径和周边位移的计要求下巷道围岩塑性区发育范围及位移场分布，算式如下：为控制巷道围岩稳定提供技术指导。24吴新科，等半煤岩回采巷道结构补偿位置数值分析优化2012年第4期2．3无支护模拟与分析2巷道围岩稳定性数值模拟分析在确定围岩控制方案前，先模拟无支护状态Flac2D软件是二维有限差分法计算程序，能时半煤岩回采巷道掘出后的塑性区发育范围、位较好地模拟地质材料达到强度极限或屈服极限时移场分布特征，并通过在围岩表面设置监测点取发生的破坏或塑性流动的力学特性。赋予相应围得位移量，可以确定巷道围岩在应力平衡过程

7、中岩地质力学参数后经计算分析，可直观显示巷道薄弱部位，便于确定支护方案时对支护承载结构围岩塑性区发育范围及位移场分布，为分析巷道进行结构补偿，提高支护承载结构的承载能力，达围岩在应力平衡过程中表现出的薄弱部位提供理到控制巷道围岩变形的目的。图2为无支护状态论依据，并确定较合理的围岩控制方案。时巷道围岩位移场分布及围岩表面位移量。经分2．1地质条件析可知，在此类地质条件下，无支护状态时巷道底IV622工作面煤层结构简单，煤层平均厚度板较为稳定，巷道围岩屈服破坏范围主要在帮部1．58m，平均倾角17。，1V622回采巷道跟顶拉底及顶部，两帮及顶板

8、位移量较大，低帮位移量最大掘进，是半煤岩巷道，断面呈类矩形(即非均称约140mm，高帮约150mm，顶板170mm。从图2型)，巷道宽4．0m，高(中线)2．6m，