专业英语英译汉.doc

长壁采煤条件下巷道三岔口有限元分析
R.N.Singh,I.Porter,J.Hematian
伍伦贡大学，工程学院，伍伦贡新南威尔士2522，澳大利亚
投稿日期：1999年12月15日，收稿日期：2000年5月15日
摘要
本文介绍了一个长壁开采三条巷道交叉口的三维有限元分析，并且评定了这种交叉口在一系列工况条件下的稳定/不稳定的范围。载荷通过不均匀应力施加在模型的内部自由面。这种从模型内部的加载方法有效的减小了尺寸效应并估计了边界效应。梁的中截面、顶底和三角交叉口的连接状态和贯穿被计算。基于此研究，提出了支护系统设计指导方针。通过悉尼盆地的一个南部煤田的地下煤矿的三条巷道交叉口的现场实验对结果进行了严正，证明了结论的可行性。
2001年ElsevierScienceB.V版权所有。
关键词：地下煤矿；大断面巷道；交叉口；稳定性；有限单元法

1.引言
每年每层煤每个工作面生产3.0—4.0万吨煤存在于澳大利亚现有的高效长壁工作面中。这种成功主要在于高产的长壁工作面能在生产期间保证巷道和交叉口的稳定性同时达到高效率的工作。当两条巷道交错到一起时，掘巷机开切眼掘出巷道交叉口。地下煤矿巷道交叉口和地面固有的宽顶板宽度相比具有独特的影响因素，存在在高度机械化程度下安装顶板支护困难的问题。应力诱导的交叉口变形可以导致顶板下沉和断面冒落。很多人(Chudeketal.,1983;TaberandGrenney,1995;EckoffandBraverman,1996)在大断面交叉口方的稳定性方面进行了研究，认为是像来自移动的长壁工作面的高水平应力和不稳定的支承压力等不利的条件的结果。例如在1985年，在西部煤矿6号工作面的主要大巷的岩层控制问题导致顶板下沉，使得煤矿的生产不得不停了6个星期。同样，太平洋煤矿的顶板冒落导致长壁工作面设备被埋，以至于工作面停产3个月（Rustonetal.,1988）。因此，在高效地长壁生产系统中空前的岩层控制意义在于长期而并非短期。本文运用三维有限单元法对交叉口周围的进行了应力和位移计算分析。得出了个别参数例如岩层厚度、水平和垂直应力比（K）和断面宽度对于三角交叉口的稳定性有较强影响。研究结果同悉尼盆地的一个地下煤矿地形观测进行了对比。
2.利用三维有限元模型对三角岔口进行稳定性分析
利用程序定义岔口周围岩石的力学参数、交叉口几何特性和原岩应力对进行三角岔口稳定性分析。交叉口周围的应力和变形通过三维有限元计算。如果不稳定条件存在，要么改变支护系统，要么改变结构的几何形状。对于这些模型来说，重要的输入数据是赋值给岩石和巷道交叉口（见图1）的铅垂应力和水平应力和铅垂应力的比值K。
假设三角岔口是对称的，仅对结构的一半建模划分网格，总共7190个单元和11597个节点的八节点的单元。计算机利用1G内存计算了17个小时。交叉口的岩石力学参数如表1所示。
载荷通过均匀压力施加在模型内部的自由面。这种从内部施加载荷技术有助于减小模型尺寸和消除边界效应。所有的载荷构成如表2所示，利用线性求解方法求解。
初始利用计算机分析计算三维模型在地压条件下的铅垂应力分布。为了了解结构特性，绘制了多个水平和竖直方向的切面上的应力分布等值线图。这些结构将在后面的章节论述。

图1三角岔口有限元模型的平面布置图和断面图

表1
图3铅垂应力在距顶板1.5m平面上分布图
交叉口模型的岩石力学参数
岩石名称厚度(m)E(GPa)υ中粒砂岩4.010.00.20细砂岩和泥岩3.06.00.25粗砂岩和页岩2.03.00.20顶煤1.03.50.30煤3.03.50.30泥岩1.08.00.25粗砂岩4.012.50.20中粒砂岩5.01.00.20
表2
施加在三维模型上的载荷条件
载荷构造σσ(MPa)σζ(MPa)στ(MPa)110.00.00.0210.010.010.0310.010.020.0410.020.010.0

图2铅垂应力在交叉口中截面的分布图（a）Kx=1,Ky=1；（b）Kx=1,Ky=2.

3.三岔口煤柱的行为
图2显示了不同载荷条件下煤柱中截面的应力集中程度。在K=Kx=Ky=1的原岩应力条件下在拐角的中截面应力集中是一个对称的图形（见图2a）。应力集中区域在交叉口的端面的范围有2.5m宽，等于巷道跨度的一半。最大应力集中程度在载荷条件Ky>1时煤柱极限区域中，大约是1.4倍的原始铅垂应力。
当Ky>1时煤柱中截面铅垂应力图形不再对称；应力在沿垂直于巷道最大水平应力方向尤其明显（见HYPER