孤島工作面巷道采掘期間應(yīng)力演化規(guī)律

馮慧

摘要：本文以山東某礦地質(zhì)條件為背景，運(yùn)用FLAC3D數(shù)值模擬軟件，模擬了該礦1307孤島工作面順槽掘進(jìn)及工作面回采期間順槽兩幫應(yīng)力演化規(guī)律。分析表明軌順及運(yùn)順采空幫在巷道掘進(jìn)期間處于高應(yīng)力集中狀態(tài)，應(yīng)力集中系數(shù)在2.08左右浮動(dòng)；孤島工作面回采期間，軌順及運(yùn)順周圍均處于高應(yīng)力集中狀態(tài)，軌順回采幫及運(yùn)順回采幫應(yīng)力峰值呈“馬鞍狀”變化趨勢，最大應(yīng)力集中系數(shù)為2.53。通過模擬分析可為巷道支護(hù)位置及支護(hù)方式提供重要的參考依據(jù)。

Abstract： In this paper， according to the geological conditions of a mine in Shandong， it used FLAC3D numerical simulation software to simulate the 1307 island working face and the stress evolution law of the two sides of the working face during mining. The analysis shows that the track transports and the strong-belt conveyer are in a state of high stress concentration and the stress concentration factor is around 2.08； in the isolated working face， around t the track transports and the strong-belt conveyer are at the high stress concentration， and the peak value of stress of the mining sides is saddle shaped， and the maximum stress concentration factor is 2.53. Through the simulation analysis， it can provide important reference for the location and support of roadway support.

關(guān)鍵詞：孤島工作面；數(shù)值模擬；巷道；應(yīng)力分布

Key words： island coal face；numerical simulation；roadway；stress distribution

中圖分類號(hào)：TD263 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）19-0169-02

0 引用

由于孤島工作面兩側(cè)均為采空區(qū)，工作面推進(jìn)過程中，受工作面超前支承應(yīng)力與采空區(qū)側(cè)向支承應(yīng)力疊加作用的影響，形成應(yīng)力集中區(qū)，覆巖破斷時(shí)產(chǎn)生高能量礦震，增加了煤巖體的支承壓力，對(duì)巷道破壞較大，巷道支護(hù)強(qiáng)度要求較大[1-2]。孤島工作面沿空掘巷應(yīng)力集中系數(shù)比一般沿空掘巷應(yīng)力集中系數(shù)大。孤島工作面超前支承壓力大、沿空掘巷圍巖變形量大，掘進(jìn)期間和回采期間圍巖變形差異較大[3]。回采巷道變形是孤島工作面正?；夭傻闹饕獑栴}之一，充分認(rèn)識(shí)巷道兩幫變形機(jī)理對(duì)巷道的支護(hù)具有重要參考價(jià)值[4]。本文以山東某礦1307工作面為背景，運(yùn)用FLAC3D軟件，模擬了孤島工作面順槽掘進(jìn)及工作面回采期間順槽兩幫的應(yīng)力演化規(guī)律，為孤島工作面巷道支護(hù)及巷道支護(hù)方式提供了參考依據(jù)。

1 工程背景及模型建立

1.1 工程背景

該煤礦1307工作面北鄰1308采空區(qū)，留設(shè)4m煤柱，南鄰1306工作面采空區(qū)，西側(cè)為一采區(qū)東翼集中大巷，東側(cè)為實(shí)體煤。工作面標(biāo)高：-432.6～-492.8m，平均-462.7m，埋藏深度：481.0～541.2m。

1.2 模型建立

以山東某礦1307孤島工作面為背景，建立FLAC3D 數(shù)值模型，如圖1所示，模型長424m（長）×352m（寬）×206m（高），模型劃分280642個(gè)單元體，模擬20層煤巖層結(jié)構(gòu)，采用摩爾-庫倫模型，模型頂部施加7.5MPa，水平應(yīng)力施加均布載荷，為垂直方向應(yīng)力的0.5倍。

1.3 檢測點(diǎn)布置

在軌道順槽及運(yùn)輸順槽兩幫布置檢測點(diǎn)，分析軌道順槽及運(yùn)輸順槽掘進(jìn)及工作面回采時(shí)的順槽兩幫的應(yīng)力演化規(guī)律。

2 巷道掘進(jìn)期間應(yīng)力分布規(guī)律

孤島工作面沿空掘巷最大應(yīng)力峰值明顯大于常規(guī)工作面沿空掘巷，給孤島面窄煤柱沿空掘巷圍巖變形控制造成極大的困難[5]。

如圖2～圖4所示，受采空區(qū)的影響，軌道順槽及運(yùn)輸順槽在掘進(jìn)期間巷道周圍出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。軌道順槽及運(yùn)輸順槽掘進(jìn)50m時(shí)，軌順采空幫、軌順回采幫、運(yùn)順回采幫、運(yùn)順掘進(jìn)幫應(yīng)力峰值分別為16.65MPa、16.65 MPa、16.48MPa、16.67MPa。隨著軌道順槽及運(yùn)輸順槽向采空區(qū)掘進(jìn)，順槽兩幫的應(yīng)力峰值逐漸增大。

巷道掘進(jìn)100m、150m、200m、250m時(shí)，軌順采空幫應(yīng)力峰值分別為24.40MPa、25.28MPa、25.47MPa、25.16MPa。運(yùn)順采空幫應(yīng)力峰值分別為24.07MPa、24.84MPa、24.89MPa、24.50MPa。軌順回采幫應(yīng)力峰值分別為：20.26MPa、20.73MPa、20.83MPa、21.33MPa，運(yùn)順回采幫應(yīng)力峰值分別為：20.49MPa、21.25MPa、21.24MPa、20.94MPa。說明巷道掘進(jìn)100m后，受1306采空區(qū)及1308采空區(qū)影響，軌順及運(yùn)順兩幫應(yīng)力峰值均呈現(xiàn)先增大穩(wěn)定的現(xiàn)象。軌順采空幫及運(yùn)順采空幫應(yīng)力峰值在25MPa左右浮動(dòng)，應(yīng)力集中系數(shù)為2.08左右。軌順回采幫及運(yùn)順回采幫應(yīng)力峰值在21MPa左右浮動(dòng)，應(yīng)力集中系數(shù)為1.75左右。

3 巷道回采期間應(yīng)力分布規(guī)律

為研究孤島工作面回采過程中對(duì)巷道的影響，分析孤島工作面超前應(yīng)力峰值區(qū)處巷道周圍應(yīng)力分布，可為巷道的支護(hù)提供一定的參考依據(jù)。

如圖5～圖7所示，受采空區(qū)側(cè)向支承應(yīng)力與孤島工作面超前支承應(yīng)力疊加影響，工作面超前支承應(yīng)力區(qū)處的軌道順槽及運(yùn)輸順槽均處于高應(yīng)力集中狀態(tài)。工作面推進(jìn)70m、120m、170m、200m時(shí)，軌順采空幫應(yīng)力峰值分別為28.64MPa、30.38MPa、30.09MPa、28.81MPa。運(yùn)順采空幫應(yīng)力峰值分別為29.02MPa、29.54MPa、29.49MPa、27.87MPa。軌順回采幫應(yīng)力峰值分別為：28.90MPa、33.34MPa、32.18 MPa、30.92MPa，運(yùn)順回采幫應(yīng)力峰值分別為：30.36MPa、30.47MPa、33.19MPa、30.2MPa。說明孤島工作面回采過程中，軌順及運(yùn)順兩幫均處于高應(yīng)力集中狀態(tài)，軌順回采幫及運(yùn)順回采幫應(yīng)力峰值呈“馬鞍狀”變化。最大應(yīng)力峰值為30.38MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為2.53。

4 結(jié)論

①孤島工作面軌順及運(yùn)順掘進(jìn)時(shí)，受采空區(qū)的影響，軌順及運(yùn)順兩幫應(yīng)力峰值均呈現(xiàn)先增大穩(wěn)定的現(xiàn)象。軌順及運(yùn)順采空幫應(yīng)力集中系數(shù)在2.08左右浮動(dòng)，回采幫應(yīng)力集中系數(shù)在1.75左右浮動(dòng)。②孤島工作面回采過程中，軌順及運(yùn)順兩幫均處于高應(yīng)力集中狀態(tài)。軌順及運(yùn)順回采幫應(yīng)力峰值呈“馬鞍狀”變化，最大應(yīng)力集中系數(shù)為2.53。

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