摘要：利用數(shù)值模擬的方法結(jié)合某煤礦地質(zhì)情況，模擬了不同角度條件下煤層對(duì)側(cè)支承壓力的影響，并采用最小二乘法，分析側(cè)支承壓力分布特征與煤層傾角的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：煤層傾角；數(shù)值模擬；壓力

不同傾角煤層側(cè)支承壓力分布的基本規(guī)律與近水平煤層相同，但傾斜狀態(tài)下巖層受力十分復(fù)雜，側(cè)支承壓力分布有其獨(dú)特的特點(diǎn)。由于缺乏傾角對(duì)側(cè)支承壓力分布規(guī)律影響的理論，工作面區(qū)段煤柱留設(shè)缺乏依據(jù)，巷道變形破壞嚴(yán)重。因而尋求特定地質(zhì)條件下傾角與采場(chǎng)側(cè)支承壓力分布規(guī)律的關(guān)系，探討傾角對(duì)側(cè)支承壓力的分布特征的影響，對(duì)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和支護(hù)方式研究具有重要意義[1]。

1. 模型的建立及參數(shù)的選取

需要模擬的巷道的尺寸根據(jù)八礦實(shí)際生產(chǎn)的需要，主要考慮通風(fēng)、運(yùn)輸、行人、安全等要求，確定巷道的為3400×3200mm的矩形巷道，巷道沿煤層頂板掘進(jìn)。在-600水平地應(yīng)力測(cè)量的基礎(chǔ)上，確定巷道圍巖的實(shí)際應(yīng)力分布：最大主應(yīng)力σ1=1526MPa，中間主應(yīng)力σ2=13.69MPa，最小主應(yīng)力σ3=7.80MPa。

該煤礦有丁5-6、戊9-10、己15、己16-17三組四層可采煤同時(shí)開采，其中己15、己16-17煤層平均間距為7m左右，隨著開采深度的提高，煤層傾角從傾斜慢慢變化到緩傾斜，煤層開采順序?yàn)橄滦惺健＜?5煤層厚度在2.8～3.7m之間，變化不大，屬于半光亮型焦煤。煤層傾角8～16°，較為穩(wěn)定，煤層南北走向變化明顯，由南向北逐漸上升。煤層的直接頂為砂質(zhì)泥巖，距煤層頂板0.7m左右有一層0.2～0.6m的煤線，且容易隨采動(dòng)落下。直接底是一薄層的泥巖，遇水產(chǎn)生膨脹。己16-17煤層為半光亮型焦煤，直接頂為己15底板，厚度7m左右。底板為細(xì)砂巖砂巖，頂部為深色泥巖，中部夾砂質(zhì)泥巖 [2]。根據(jù)煤層的地質(zhì)特征，以及在煤層中鉆取巖樣，進(jìn)行物理力學(xué)試驗(yàn)，取得巖體的力學(xué)參數(shù)，并確定需要模擬巷道周圍巖層的物理力學(xué)參數(shù)[3]。

模型研究范圍：走向300m，傾向35°，高250m。將采場(chǎng)圍巖范圍按照平行于層理面的角度進(jìn)行分層離散，平均分切成矩形單元，過渡分層采取三角形單元。最終將所研究的范圍劃分為均勻的單元網(wǎng)格：即緊鄰工作面處用小單元，并隨著距工作面的距離增大而增大。采取這樣的方法將巖體單元離散劃分，以提高計(jì)算的精度[4]。

2.不同傾角的側(cè)支承壓力分布

為尋求傾角對(duì)側(cè)支承壓力分布影響的規(guī)律，在該煤礦己1512150工作面的地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上改變煤層傾角，建立傾角為10°、15°、20°、25°、30°、35°六個(gè)模型，各個(gè)模型的特征參量如下表1所示：

可知隨著角度的增加側(cè)支承壓力主要產(chǎn)生以下變化：隨著角度的增大側(cè)支承壓力的峰值距離工作面的距離越來越小，相對(duì)應(yīng)的峰值和卸壓區(qū)的范圍隨著角度的增大也越來越小，且角度越大峰值下降幅度越大，當(dāng)煤層傾角大于20°時(shí)，下側(cè)峰值顯著大于上側(cè)；卸壓區(qū)范圍出現(xiàn)下降態(tài)勢(shì)，傾角達(dá)到35°時(shí)，上下側(cè)支承壓力卸壓范圍僅為1.25m左右；峰值位置也呈減小趨勢(shì)，傾角35°峰值位置僅是10°時(shí)峰值位置的一半左右。

3.側(cè)支承壓力分布特征數(shù)據(jù)處理

為探討角度與下側(cè)支承壓力分布特征的關(guān)系，采用最小二乘法對(duì)上述模擬結(jié)果進(jìn)行處理，找到角度與卸壓區(qū)范圍X0、最大側(cè)支承壓力集中系數(shù)k及最大側(cè)支承壓力集位置的函數(shù)關(guān)系。

4.結(jié)論

（1）當(dāng)煤層傾角上升時(shí)，側(cè)支承壓力峰值呈減小態(tài)勢(shì)，且傾角越大峰值減小幅度越大；當(dāng)煤層傾角達(dá)到35°時(shí)，最大應(yīng)力集中系數(shù)下降了20%左右。當(dāng)煤層傾角大于20°時(shí)，下側(cè)最大支承壓力集中系數(shù)顯著大于上側(cè)。

（2）峰值位置呈減小趨勢(shì)，煤層傾角35°時(shí)峰值位置僅是10°時(shí)峰值位置的一半左右。

（3）采用最小二乘法，分析側(cè)支承壓力分布特征與煤層傾角的關(guān)系。根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果得出了支承壓力分布特征與煤層傾角的函數(shù)關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]伍永平，劉孔智，贠東風(fēng)，解盤石，王紅偉. 大傾角煤層安全高效開采技術(shù)研究進(jìn)展.煤炭學(xué)報(bào)，2014.08.

[2]伍永平，員東風(fēng)，張淼豐. 大傾角煤層綜采基本問題研究[J]. 煤炭學(xué)報(bào). 2000.05.

[3]張先塵，錢嗚高等.中國采煤學(xué)[M].煤炭工業(yè)出版社.2003.

[4]曹允偉，王春城等.煤礦開采方法[M].煤炭工業(yè)出版社.2005

作者簡(jiǎn)介：胡昌貴，1987年生，男，貴州鐘山區(qū)人，單位名稱： 貴州省六盤水市鐘山區(qū)安監(jiān)局。