數值模擬研究首采面側向支承壓力分布規律

彭來

淮南礦業集團潘一礦通風科

數值模擬研究首采面側向支承壓力分布規律

彭來

淮南礦業集團潘一礦通風科

目前，預測首采面側向支承壓力分布規律為沿空掘巷煤柱留設的煤柱尺寸設計及支護參數設計提供可靠依據。本文通過數值模擬預測某礦首采面側向支承壓力分布規律情況，以期為后期安全高效開采提供保障。

數值模擬；首采面；礦壓顯現規律

1 地質概況

FLAC數值模擬研究能很好的分析工程開挖問題，特別是對側向支承壓力難以測量精準的難題，通過數值模擬研究能得出其分布規律，為下區段巷道留設提供有利依據[1-3]。某工作面開采煤層為13-1煤層，總厚2.37m～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2.5m～3.1m，平均厚度2.7m；直接底泥巖，厚度3.57m～4.85m，平均厚度4.15m；老底為粉砂巖，厚度2.55m～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-579m～-729m，地面標高為+21.9m～+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 側向支承壓力分布規律的數值模擬研究

3.1 沿運輸順槽煤幫傾斜方向

工作面推進200m后，在工作面后方采空區內，沿運輸順槽煤幫傾斜方向支承壓力分布，如圖2所示。

圖2 沿運輸順槽煤幫傾斜方向支承壓力分布

根據表1，在工作面后方60m～80m，沿運輸順槽煤幫傾斜方向煤層內垂直應力逐漸趨于穩定。最大垂直應力達到31.0 MPa～36.3MPa，最大應力集中系數為2.00～2.34，最大集中應力范圍7.0m～9.3m，側向支承壓力顯著影響范圍16.2m～24.2m。運輸順槽煤幫內垂直應力分布，如圖3所示。

圖3 工作面后方60m處運輸順槽煤幫內垂直應力分布

表1 沿運輸順槽煤幫傾斜方向煤層內支承壓力分布情況

3.2 沿軌道順槽煤幫方向

根據表2，在工作面后方60m～80m，沿軌道順槽煤幫傾斜方向煤層內垂直應力逐漸趨于穩定。最大垂直應力達到31.3MPa～35.4MPa，最大應力集中系數為2.02～2.31，最大集中應力范圍7.0m～9.4m，側向支承壓力顯著影響范圍12.0m～18.0m。軌道順槽煤幫內垂直應力分布，如圖4所示。

圖4 工作面后方60m處軌道順槽煤幫內垂直應力分布

表2 沿軌道順槽煤幫傾斜方向煤層內支承壓力分布情況

4 結語

研究工作面沿側向支承壓力分布規律，獲得了到工作面不同距離處側向支承壓力分布情況，為沿空掘巷煤柱設計及其它工作面煤柱設計提供指導。

（1）在工作面后方60m～80m，沿運輸順槽煤幫傾斜方向煤層內垂直應力逐漸趨于穩定。最大垂直應力達到31.0 MPa～36.3MPa，最大應力集中系數為2.00～2.34，最大集中應力范圍7.0m～9.3m，側向支承壓力顯著影響范圍16.2～24.2m。

（2）在工作面后方60m～80m，沿軌道順槽煤幫傾斜方向煤層內垂直應力逐漸趨于穩定。最大垂直應力達到31.3 MPa～35.4MPa，最大應力集中系數為2.02～2.31，最大集中應力范圍7.0m～9.4m，側向支承壓力顯著影響范圍12.0m～18.0m。

[1] 侯俊領. 傾斜長壁工作面應力分布及其對瓦斯壓力影響規律研究[D]. 安徽理工大學，2009,6.

[2] 司榮軍，王春秋，譚云亮. 采場支承壓力分布規律的數值模擬研究[J].巖土力學，2007,28(2).

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.17.027