彭來

淮南礦業(yè)集團(tuán)潘一礦通風(fēng)科

數(shù)值模擬研究首采面?zhèn)认蛑С袎毫Ψ植家?guī)律

彭來

淮南礦業(yè)集團(tuán)潘一礦通風(fēng)科

目前，預(yù)測(cè)首采面?zhèn)认蛑С袎毫Ψ植家?guī)律為沿空掘巷煤柱留設(shè)的煤柱尺寸設(shè)計(jì)及支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。本文通過數(shù)值模擬預(yù)測(cè)某礦首采面?zhèn)认蛑С袎毫Ψ植家?guī)律情況，以期為后期安全高效開采提供保障。

數(shù)值模擬；首采面；礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

1 地質(zhì)概況

FLAC數(shù)值模擬研究能很好的分析工程開挖問題，特別是對(duì)側(cè)向支承壓力難以測(cè)量精準(zhǔn)的難題，通過數(shù)值模擬研究能得出其分布規(guī)律，為下區(qū)段巷道留設(shè)提供有利依據(jù)[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(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(xì)砂巖，平均厚度為6.4m。老頂為砂質(zhì)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(jìn)長(zhǎng)度2122m，工作面長(zhǎng)度為203m，工作面沿俯斜推進(jìn)，東高西低，傾向SW，其煤層底板標(biāo)高為-579m～-729m，地面標(biāo)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(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(hù)，斷面凈寬×凈高=5.0m×3.0m。特殊地段采用架棚、增設(shè)點(diǎn)柱等辦法加強(qiáng)支護(hù)。架棚支護(hù)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(gè)單元格，模型總高度為98.4m，長(zhǎng)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(jìn)，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 側(cè)向支承壓力分布規(guī)律的數(shù)值模擬研究

3.1 沿運(yùn)輸順槽煤幫傾斜方向

工作面推進(jìn)200m后，在工作面后方采空區(qū)內(nèi)，沿運(yùn)輸順槽煤幫傾斜方向支承壓力分布，如圖2所示。

圖2 沿運(yùn)輸順槽煤幫傾斜方向支承壓力分布

根據(jù)表1，在工作面后方60m～80m，沿運(yùn)輸順槽煤幫傾斜方向煤層內(nèi)垂直應(yīng)力逐漸趨于穩(wěn)定。最大垂直應(yīng)力達(dá)到31.0 MPa～36.3MPa，最大應(yīng)力集中系數(shù)為2.00～2.34，最大集中應(yīng)力范圍7.0m～9.3m，側(cè)向支承壓力顯著影響范圍16.2m～24.2m。運(yùn)輸順槽煤幫內(nèi)垂直應(yīng)力分布，如圖3所示。

圖3 工作面后方60m處運(yùn)輸順槽煤幫內(nèi)垂直應(yīng)力分布

表1 沿運(yùn)輸順槽煤幫傾斜方向煤層內(nèi)支承壓力分布情況

3.2 沿軌道順槽煤幫方向

根據(jù)表2，在工作面后方60m～80m，沿軌道順槽煤幫傾斜方向煤層內(nèi)垂直應(yīng)力逐漸趨于穩(wěn)定。最大垂直應(yīng)力達(dá)到31.3MPa～35.4MPa，最大應(yīng)力集中系數(shù)為2.02～2.31，最大集中應(yīng)力范圍7.0m～9.4m，側(cè)向支承壓力顯著影響范圍12.0m～18.0m。軌道順槽煤幫內(nèi)垂直應(yīng)力分布，如圖4所示。

圖4 工作面后方60m處軌道順槽煤幫內(nèi)垂直應(yīng)力分布

表2 沿軌道順槽煤幫傾斜方向煤層內(nèi)支承壓力分布情況

4 結(jié)語(yǔ)

研究工作面沿側(cè)向支承壓力分布規(guī)律，獲得了到工作面不同距離處側(cè)向支承壓力分布情況，為沿空掘巷煤柱設(shè)計(jì)及其它工作面煤柱設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

（1）在工作面后方60m～80m，沿運(yùn)輸順槽煤幫傾斜方向煤層內(nèi)垂直應(yīng)力逐漸趨于穩(wěn)定。最大垂直應(yīng)力達(dá)到31.0 MPa～36.3MPa，最大應(yīng)力集中系數(shù)為2.00～2.34，最大集中應(yīng)力范圍7.0m～9.3m，側(cè)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(nèi)垂直應(yīng)力逐漸趨于穩(wěn)定。最大垂直應(yīng)力達(dá)到31.3 MPa～35.4MPa，最大應(yīng)力集中系數(shù)為2.02～2.31，最大集中應(yīng)力范圍7.0m～9.4m，側(cè)向支承壓力顯著影響范圍12.0m～18.0m。

[1] 侯俊領(lǐng). 傾斜長(zhǎng)壁工作面應(yīng)力分布及其對(duì)瓦斯壓力影響規(guī)律研究[D]. 安徽理工大學(xué)，2009,6.

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

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.17.027