大倾角综放面合理区段煤柱宽度数值模拟研究.pdf

文章编号!"##$%&’($)(##(*#$%###$%#$

大倾角综放面合理区段煤柱宽度数值模拟研究

张开智"+(+蒋金泉"+李大伟$+陈国胜$+王春增$

)",山东科技大学+山东泰安(-"#"’.(,大连理工大学+辽宁大连""/$(&.$,平煤集团技术中心+河南平顶山0/-###*

摘要!平煤集团十三矿为新建矿井+"(#"#为二采区首采工作面+最大倾角$(1+大倾角条件下合理煤柱
留设尺寸是该矿采掘设计必须解决的首要问题2通过对不同煤柱宽度时的煤柱破坏发育规律3上下巷位移与
变形3煤柱上方支承压力的数值计算分析认为+合理煤柱宽度为45+比原设计值节省近一半2
关键词!大倾角.区段煤柱.数值模拟
中图分类号!67$&文献标识码!8

煤层上方第"4层+累计法向厚度&(,(5+为煤层
9数值计算的现场条件
厚度的4,-倍2G模型边界条件!模型右边界为工
计算模型现场条件为平煤集团十三矿己件面倾斜长度的中部左边界为运巷下方下
"&3"-%+0#5+
"(#"#工作面+走向长"(’&5+倾斜长"$#5+煤厚边界为煤层底板/’5+三个边界离工作面较远+故
平均煤层倾角平均设计为固定边界模型上边界为应力
",-:-,/5+&,$$5+"4:$(1++HIF#+HJF#.
(01+采用综合机械化一次采全高放顶煤采煤法回边界+加载应力KF)采深L煤层以上模型高*;容
采+机采高度(,$5+放煤高度$,#52工作面上方重F)0##%44*;(,&M"##F-,4NOP2Q计算模型
为防水煤柱+下方为"(#$#工作面+待采2方案!设计了七个计算模型+具体见表"所示)表中
煤层顶板覆岩依次为",’5砂质泥岩+4,’$5模型七为下区段尚未掘巷时的情形*2
中粗粒砂岩+(#&5砂质泥岩+/,0#5细砂岩+再根据有关资料+确定模型材料计算力学参数见
往上为厚度不等的砂质泥岩与砂岩交替互层2表(所示2
表计算模型
风巷规格$(##;(4##55.运巷规格$(##;"
计算模型
$###552"($0&/-
煤柱宽度M50/4"#"("0无穷大
数值模型的建立
<备注!煤柱宽度指的是"(#"#运巷下边缘与"(#$#风巷上边缘之
间垂直于煤层面的净宽度
本课题中计算机模拟采用日本软脑公司提供2
表(模型材料计算参数
的岩土工程有限元模拟软件软件是弹性模量比重
(7%=2(7%=材料名称泊松比
%"UMRNOPVM)1*
基于>?@ABCD系统的二维有限元模拟软件+它具MROPMNST5
砂质泥岩顶
有优秀的前后处理功能专门为岩土工程计算问题(’/#,((#,#(40/(,#$0
+中砂岩底/’$#,(/#,#(/40-,#0#
设计+可以有效地模拟岩层3接触面3锚杆3梁3喷层中砂岩顶$’&#,(/#,#(’4$(,#0"
砂质泥岩底
等对象并能模拟地应力场具有弹性弹塑性非///#,$4#,#($-’0,#(4
++33冒落带"&#,"##,#(###,"&
线性等多种本构关系可供选用2裂隙带-(,4#,$&#,#($&&#,#(4
冒落带((##,"##,#("##,"&
根据煤岩层综合柱状3倾角及工作面参数+确
冒落带$0##,"##,#((##,"&
定计算模型如下!E模型模拟几何尺寸!水平;垂煤(###,$##,#"0#0,&(#
细砂岩$&##,(0#,#(4#&#,#$4
直F"##;"(-2冒落带最大高度为煤层上方第(
5泥岩(&##,$##,#(#0&,&(#
岩层累计法向厚度裂隙带最大高度在凌铁质泥岩
:-+’,’52/4##,$##,#(0&-#,#$&

基金项目!山东省自然科学基金项目资助)W’’X#-*
收稿日期!(##"%#’%$#
作者简介!张开智)"’/&%*+男+博士+副教授+现为山东科技大学资环学院矿压所副所长+从事矿山压力与岩层控制的教学与科研工
作发表论文余篇
万方数据+$#2
矿山压力与顶板管理(##(,Y$T$T
掘进一方面将加大煤柱破坏长度%另一方面可适当
!计算结果分析
降低煤柱破坏高度,
!"#煤柱破坏发育规律!";上下巷表面位移变化规律
不同煤柱宽度时煤柱破坏发育特征汇总于表根据计算得出的巷道周边各点的<方向位移
$%模型的计算结果见图&%图中颜色由深及浅表示量和=方向位移量绘制的巷道受力变形如图1,
破坏程度分别为’(()%*+)%$$)%(),

表$不同煤柱宽度煤柱破坏特征
煤柱宽度-./*0’(’1’/无穷大
破坏长度-./*/"$$"1$"(2$"(11"/
破坏高度-.1"*+1"$$1"$$1"(3’"33’"’/$"(
未破坏长度-.(($"+*"00"2’’("201"/以远
煤柱稳定
33"3*’"1+2"’02"’2$"$23"2
系数4-)

图1煤柱上下巷变形计算结果