“三軟”煤層開掘回采巷道數值模擬分析

舒 波,謝小平＊,管育春,朱江華

（貴州六盤水師范學院礦業工程系,貴州 六盤水 553004）

1 工程概況

米籮礦開采煤層位于井下一采區三條下山東翼的礦110302工作面是上二疊系龍潭煤組上段的1#、3#煤層，標高+1105.0～+1125.4m為回風順槽；標高+1058.4～+1076.2m為運輸順槽。該工作面布置于煤層1#、3#煤層，1#煤層及3#煤層地質結構較穩定，1#煤層厚度與3#煤層厚度平均在1.4m左右和平均在2.3m左右。直接頂板為泥質粉砂巖，老頂為灰色中細砂巖；直接底為淺灰色泥質砂巖，遇水軟化，厚0.3～1.1m，老底為灰色細砂巖。110302工作面綜合柱狀圖如圖1所示。

2 “三軟”煤層巷道變形破壞特征數據模擬分析

2.1 創建模型

建立“三軟”煤層回采巷道數值計算模型，分析“三軟”煤層回采巷道破壞特征，采用通用離散元軟件UDEC4.0[1-3]，結合米籮煤礦現場生產地質條件。建立模型，底邊界垂直方向與左右邊界水平方向固定。建立總體尺寸（寬×高）50×30m的模型，按采深200m計算上邊界載荷，覆巖荷載施加4.9Mpa，建立如圖2所示的模型。

圖2 相似數值模型

3 變形破壞計算分析

圖3 垂直應力分布圖（單位：MPa）

圖4 水平應力分布圖（單位：MPa）

通過計算分析，開挖回采巷道后，巷道圍巖垂直應力和水平如下圖3、圖4所示。根據數值模擬結果可以看出，當巷道開掘后，巷道周圍的垂直應力為8MP，約為原巖應力的1.63倍，巷道周圍的水平應力為10MP，約為原巖應力的1.7倍。巷道兩幫和頂板的塑性區范圍較大，在兩幫淺部最先出現拉破壞區；隨著兩幫煤體塑性區范圍的擴大，其整體的承載負荷能力降低，直接頂開始產生裂隙彎曲下沉，在頂板中部與淺部產生拉破壞現象，所以控制巷道變形的關鍵在于控制巷道的兩幫和頂板的變形，使其形成圍巖承載結構。

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[3]吳基文,童宏樹,童世杰等.斷層帶巖體采動效應的相似材料模擬研究[J].巖石力學與工程學報,2007(S2):4170-4175.