數值模擬研究首采面兩巷應力分布規律

摘 要：目前，預測首采面兩巷應力分布規律為支護參數設計及加強超前支護管理提供可靠依據。本文通過數值模擬預測某礦首采面應力礦壓顯現規律情況，以期為后期安全高效開采提供保障。

關鍵詞：數值模擬；首采面；礦壓顯現規律

中圖分類號：TD32 文獻標識碼：A

1地質概況

某工作面開采煤層為13-1煤層，總厚2.37～3.75m，平均2.88m，煤層結構較復雜。直接頂為砂質泥巖、13-2煤、泥巖、砂質泥巖等，局部為細砂巖，平均厚度為6.4m。老頂為砂質泥巖、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，其煤層底板標高為-579～-729m，地面標高為+21.9～+22.5m。13-1煤層平緩，煤層傾角0°～17°，平均7°，距切眼500m范圍內傾角較大9～17°，平均11°左右。1141（3）工作面西至13-1煤采區大巷，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。工作面兩巷均采用矩形斷面，錨網支護，斷面凈寬×凈高=5.0m×3.0m。特殊地段采用架棚、增設點柱等辦法加強支護。架棚支護參數：半圓拱斷面，29U鋼棚，棚距600mm，寬×高=5.2m×4.05m。

2模型建立

數值模型共有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 數值模型及網格劃分

3兩巷礦壓顯現規律的數值模擬研究

3.1兩巷垂直應力分布

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

（1） 軌道順槽垂直應力分布

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

圖3 軌道順槽靠近工作面側煤幫內最大垂直應力與采距的關系

（2） 運輸順槽垂直應力分布

在工作面前方，運輸順槽靠近工作面一側煤幫內最大垂直應力與采距的關系，如圖4所示。隨著到工作面距離的增加，運輸順槽煤幫內的最大垂直應力逐漸減小，并在工作面前方約50～60mm處趨于穩定。

圖4 運輸順槽靠近工作面側煤幫內最大垂直應力與采距的關系

3.2 兩巷水平應力分布

（1） 軌道順槽水平應力分布

在工作面前方，軌道順槽靠近工作面一側煤幫內水平集中應力與采距的關系，如圖5所示。隨著到工作面距離的增加，軌道順槽煤幫內的最大水平應力逐漸減小，并在工作面前方約60～70mm處趨于穩定。

圖5 軌道順槽靠近工作面側煤幫內水平集中應力與采距的關系

（2） 運輸順槽水平應力分布

在工作面前方，運輸順槽靠近工作面一側煤幫內水平集中應力與采距的關系，如圖6所示。隨著到工作面距離的增加，運輸順槽煤幫內的最大水平應力逐漸減小，并在工作面前方約50～60mm處趨于穩定。

圖6 運輸順槽靠近工作面側煤幫內水平集中應力與采距的關系

結語

數值模擬分析了兩巷垂直應力及水平應力對巷道圍巖變形的影響，研究了兩巷圍巖垂直應力及水平應力分布規律，獲得了工作面推進不同距離時巷道垂直應力、水平應力與采距的變化關系。在工作面前方，靠工作面側的巷道煤體內的垂直應力、水平應力普遍比巷道另一側的大。隨著到工作面距離的增加，巷道最大水平應力及最大垂直應力逐漸減小，并軌道順槽在工作面前方約60～70m趨于穩定，運輸順槽在工作面前方約50～60m趨于穩定。

數值模擬計算結果為巷道超前支護提供一定的參考。

參考文獻

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