董東礦沿空留巷切頂卸壓對(duì)底板受力影響分析

席小平，樊 剛，喬懿麟，邊海清

（1.陜西澄城董東煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 渭南 715200；2.陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710065）

沿空留巷作為無(wú)礦柱巷道，不存在礦柱及礦柱下方集中應(yīng)力狀況，傳統(tǒng)沿空留巷由于存在巷旁充填體，其通過(guò)應(yīng)力傳遞依舊存在充填體下方礦體應(yīng)力集中現(xiàn)象。切頂沿空留巷是通過(guò)對(duì)采空區(qū)側(cè)巷道上方頂板進(jìn)行切斷，讓采空區(qū)頂板自行垮落，整體下沉，并起到卸壓作用。本文通過(guò)數(shù)值模擬的方法，對(duì)比分析寬礦柱、窄礦柱、切頂沿空留巷的受力情況，確定切頂沿空留巷的卸壓作用。

1 試驗(yàn)工作面概況

以董東礦礦50107工作面為研究對(duì)象，該工作面總體位于DD2號(hào)簸萁向斜構(gòu)造區(qū)，工作面北高南低，西高東低，礦層傾向變化較大，傾角在3°～6°。

50107工作面傾斜長(zhǎng)度為117m，走向長(zhǎng)度為224m?；夭蓪邮?號(hào)礦層，礦層厚2.6m～5.0m，平均厚3.4m，屬較穩(wěn)定礦層，一般含夾矸一至二層，下矸較穩(wěn)定，厚0.2m～0.6m，夾矸多為炭質(zhì)泥巖及砂質(zhì)泥巖，在5號(hào)礦層與K4之間，厚0.1m～0.3m。

2 模型建立

模擬采用FLAC3D軟件，建立模型如圖1所示，由Generate命令生成，尺寸為長(zhǎng)（X）×寬（Y）×高（Z）=350m×20m×52m。

圖1 數(shù)值模擬模型

3 不同開采條件下圍巖受力分析

根據(jù)現(xiàn)有工作面礦柱的調(diào)研，工作面之間寬礦柱留設(shè)25m，由圖2、圖3可知，礦柱所受垂直應(yīng)力呈現(xiàn)“雙峰”狀態(tài)，距離采空區(qū)側(cè)礦柱的集中應(yīng)力明顯大于巷道側(cè)的集中應(yīng)力。

左側(cè)最大集中應(yīng)力為38.3MPa，集中系數(shù)為3.83。右側(cè)最大集中應(yīng)力為21.5MPa，集中系數(shù)為2.15。左側(cè)集中應(yīng)力系數(shù)為右側(cè)的1.78倍。

造成此種現(xiàn)象的原因是由于工作面回采和巷道開挖的應(yīng)力擾動(dòng)，造成應(yīng)力疊加。

圖2 寬礦柱垂直應(yīng)力云圖

圖3 寬礦柱下垂直應(yīng)力曲線圖

研究窄礦柱的受力情況，工作面之間窄礦柱留設(shè)5m，由圖4、圖5可知，礦柱所受垂直應(yīng)力由寬礦柱的“雙峰”狀態(tài)轉(zhuǎn)化為“單峰”狀態(tài)，集中應(yīng)力出現(xiàn)在礦柱的中部，最大集中應(yīng)力為52.53MPa，集中系數(shù)為5.25，為寬礦柱集中系數(shù)的1.37倍。由此可知，窄礦柱的集中應(yīng)力明顯大于寬礦柱的集中應(yīng)力。

圖4 窄礦柱垂直應(yīng)力云圖

圖5 窄礦柱垂直應(yīng)力曲線圖

研究沿空留巷切頂前后圍巖受力情況，垂直應(yīng)力最大值出現(xiàn)在巷道右側(cè)4m范圍內(nèi)，最大集中應(yīng)力分別為28.4MPa、21.3MPa，集中系數(shù)分別為2.84、2.13。對(duì)比分析窄礦柱、寬礦柱受力情況，沿空留巷整體表現(xiàn)為應(yīng)力減小，且切頂沿空留巷的卸壓效果更明顯，更有利于維護(hù)圍巖穩(wěn)定。

圖6 窄礦柱二次采動(dòng)塑性區(qū)

圖7 寬礦柱二次采動(dòng)塑性區(qū)

圖8 切頂沿空留巷一次采動(dòng)塑性區(qū)

4 不同開采方式下塑性區(qū)分析

通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，圖6為窄礦柱二次采動(dòng)塑性區(qū)，窄礦柱二次采動(dòng)底板塑性區(qū)最大深度為14m，由于計(jì)算過(guò)程中窄礦柱失穩(wěn)破壞，未將頂板壓力完全傳遞到底板，因此在此類情況下，高強(qiáng)度窄礦柱所導(dǎo)致底板破壞深度遠(yuǎn)大于14m。

圖7為寬礦柱二次采動(dòng)塑性區(qū)，寬礦柱二次采動(dòng)底板塑性區(qū)最大深度為16.5m，由于礦柱底下產(chǎn)生集中應(yīng)力，因此其底板破壞深度大于工作面下方底板破壞深度。

圖8為切頂沿空留巷一次采動(dòng)塑性區(qū)，切頂沿空留巷一次采動(dòng)塑性區(qū)最大深度為10.5m。由圖可知，由于切頂效應(yīng)，底板整體破壞深度比較均勻。

對(duì)比分析圖6、圖7、圖8可知，切頂沿空留巷整體卸壓效果比較明顯，最大破壞深度相對(duì)較小。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)比分析窄礦柱、寬礦柱、沿空留巷圍巖受力情況，表明切頂沿空留巷卸壓效果比較明顯，有利于圍巖控制。

（2）對(duì)比分析窄礦柱、寬礦柱、沿空留巷圍巖塑性區(qū)，通過(guò)底板破壞深度比較，表明切頂沿空留巷卸壓效果明顯，有利于減小底板破壞深度。

（3）切頂沿空留巷有很好的卸壓效果，有利于巷道圍巖控制。