數(shù)值模擬研究首采面兩巷應(yīng)力分布規(guī)律

摘 要：目前，預(yù)測首采面兩巷應(yīng)力分布規(guī)律為支護參數(shù)設(shè)計及加強超前支護管理提供可靠依據(jù)。本文通過數(shù)值模擬預(yù)測某礦首采面應(yīng)力礦壓顯現(xiàn)規(guī)律情況，以期為后期安全高效開采提供保障。

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬；首采面；礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

中圖分類號：TD32 文獻標(biāo)識碼：A

1地質(zhì)概況

某工作面開采煤層為13-1煤層，總厚2.37～3.75m，平均2.88m，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。直接頂為砂質(zhì)泥巖、13-2煤、泥巖、砂質(zhì)泥巖等，局部為細砂巖，平均厚度為6.4m。老頂為砂質(zhì)泥巖、中砂巖，厚度2.5～3.1m，平均厚度2.7m；直接底泥巖，厚度3.57～4.85m，平均厚度4.15m；老底為粉砂巖，厚度2.55～3.7m，平均厚度3.05m。工作面推進長度2122m，工作面長度為203m，工作面沿俯斜推進，東高西低，傾向SW，其煤層底板標(biāo)高為-579～-729m，地面標(biāo)高為+21.9～+22.5m。13-1煤層平緩，煤層傾角0°～17°，平均7°，距切眼500m范圍內(nèi)傾角較大9～17°，平均11°左右。1141（3）工作面西至13-1煤采區(qū)大巷，東至13-1防水煤柱線，南鄰F161斷層，該工作面周圍均為未采區(qū)。工作面兩巷均采用矩形斷面，錨網(wǎng)支護，斷面凈寬×凈高=5.0m×3.0m。特殊地段采用架棚、增設(shè)點柱等辦法加強支護。架棚支護參數(shù)：半圓拱斷面，29U鋼棚，棚距600mm，寬×高=5.2m×4.05m。

2模型建立

數(shù)值模型共有64375個單元格，模型總高度為98.4m，長度為300m，寬度為300m。模型上部邊界是應(yīng)力邊界條件，其余邊界是位移邊界條件，模擬煤層傾角為7°，工作面沿俯斜推進，模擬工作面平均采深為645.5m，工作面上覆巖層平均容重取24KN/m3，模型如圖1所示。

圖1 數(shù)值模型及網(wǎng)格劃分

3兩巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的數(shù)值模擬研究

3.1兩巷垂直應(yīng)力分布

根據(jù)圖2可知，在巷道兩幫深約3～4m處，形成最大集中應(yīng)力。靠近工作面一側(cè)的集中應(yīng)力普遍大于另外一側(cè)的集中應(yīng)力。巷道周圍出現(xiàn)的垂直應(yīng)力小于原巖應(yīng)力，表明這部分圍巖已經(jīng)徹底破壞了。

（1） 軌道順槽垂直應(yīng)力分布

在工作面前方，巷道煤幫內(nèi)最大垂直應(yīng)力隨著到采煤工作面距離（采距L）的增加也會發(fā)生變化，如圖3所示。隨著到工作面距離的增加，軌道順槽煤幫內(nèi)的最大垂直應(yīng)力逐漸減小，并在工作面前方約60～70mm處趨于穩(wěn)定。

圖3 軌道順槽靠近工作面?zhèn)让簬蛢?nèi)最大垂直應(yīng)力與采距的關(guān)系

（2） 運輸順槽垂直應(yīng)力分布

在工作面前方，運輸順槽靠近工作面一側(cè)煤幫內(nèi)最大垂直應(yīng)力與采距的關(guān)系，如圖4所示。隨著到工作面距離的增加，運輸順槽煤幫內(nèi)的最大垂直應(yīng)力逐漸減小，并在工作面前方約50～60mm處趨于穩(wěn)定。

圖4 運輸順槽靠近工作面?zhèn)让簬蛢?nèi)最大垂直應(yīng)力與采距的關(guān)系

3.2 兩巷水平應(yīng)力分布

（1） 軌道順槽水平應(yīng)力分布

在工作面前方，軌道順槽靠近工作面一側(cè)煤幫內(nèi)水平集中應(yīng)力與采距的關(guān)系，如圖5所示。隨著到工作面距離的增加，軌道順槽煤幫內(nèi)的最大水平應(yīng)力逐漸減小，并在工作面前方約60～70mm處趨于穩(wěn)定。

圖5 軌道順槽靠近工作面?zhèn)让簬蛢?nèi)水平集中應(yīng)力與采距的關(guān)系

（2） 運輸順槽水平應(yīng)力分布

在工作面前方，運輸順槽靠近工作面一側(cè)煤幫內(nèi)水平集中應(yīng)力與采距的關(guān)系，如圖6所示。隨著到工作面距離的增加，運輸順槽煤幫內(nèi)的最大水平應(yīng)力逐漸減小，并在工作面前方約50～60mm處趨于穩(wěn)定。

圖6 運輸順槽靠近工作面?zhèn)让簬蛢?nèi)水平集中應(yīng)力與采距的關(guān)系

結(jié)語

數(shù)值模擬分析了兩巷垂直應(yīng)力及水平應(yīng)力對巷道圍巖變形的影響，研究了兩巷圍巖垂直應(yīng)力及水平應(yīng)力分布規(guī)律，獲得了工作面推進不同距離時巷道垂直應(yīng)力、水平應(yīng)力與采距的變化關(guān)系。在工作面前方，靠工作面?zhèn)鹊南锏烂后w內(nèi)的垂直應(yīng)力、水平應(yīng)力普遍比巷道另一側(cè)的大。隨著到工作面距離的增加，巷道最大水平應(yīng)力及最大垂直應(yīng)力逐漸減小，并軌道順槽在工作面前方約60～70m趨于穩(wěn)定，運輸順槽在工作面前方約50～60m趨于穩(wěn)定。

數(shù)值模擬計算結(jié)果為巷道超前支護提供一定的參考。

參考文獻

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