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高应力煤巷卸压孔参数数值模拟分析
引言
随着能源的发展和需求的增加，煤炭作为我国的主要能源资源之一，在能源结构中占有重要的地位。在采煤过程中，煤巷是煤矿井下开采过程中最为重要的通道。然而，煤巷的开采过程中，由于巷壁、顶板和底板的收敛破坏，会产生大量的应力。这种应力可能导致煤巷的破坏，进一步影响煤巷的使用及对矿井采矿活动的支持。因此，煤巷井下应力状况的研究和评估十分必要。
本文的研究主要基于高应力煤巷井下卸压孔参数数值模拟分析，通过建立巷道数值模型和卸压孔模型，研究了不同卸压孔参数对煤巷井下应力场和应力分布的影响，进一步提高了煤巷井下支护工程的安全性和可靠性。
一、建立煤巷数值模型
本文在ANSYS软件平台上建立了三维数值模型，对于煤巷的构造和应力分布进行了模拟。在模拟过程中，我们假定煤巷的长度为200m，宽度为10m，深度为4m。采用了几何非线性有限元分析方法，将煤巷的岩石材料以弹塑性本构模型进行处理，考虑了岩石的非线性、各向异性和渐进性变形特性。
在建立巷道模型时，我们也考虑了巷道支护结构。巷道的支护结构主要包括：
（1）两侧硬质围岩
（2）轻型钢架支架
（3）拉筋网片钢网
（4）锚杆
（5）喷浆材料
（6）卸压孔
二、建立卸压孔模型
卸压孔是煤巷井下支护工程中常用的一种支护措施。通过在围岩中预先开凿一定的孔洞，并在孔洞中灌注喷浆材料，可以减轻围岩的应力，并对煤巷起到支护作用。
在本文中，我们建立了卸压孔的数值模型，这个模型由一个半球形的洞壁和一个长为75mm的圆柱体组成。卸压孔的直径为50mm，洞壁和圆柱体的坚固程度根据实际情况进行了合理的设置。
三、模拟分析
在建立好煤巷和卸压孔的数值模型后，我们进行了一系列的模拟分析，通过改变不同的卸压孔参数，研究了这些参数对煤巷应力场和应力分布的影响。我们主要考虑了卸压孔的直径、间距和深度三个参数。
1.直径参数分析
我们将卸压孔的直径分别调整为40mm、50mm、60mm和70mm，然后对模型进行模拟。模拟结果表明，随着卸压孔直径增加，煤巷的应力分布变得更加均匀，并且应力的峰值也有所降低。当直径达到一定值后，均匀性的提高趋于饱和。
2.间距参数分析
我们将卸压孔之间的距离分别调整为100mm、125mm、150mm和175mm，然后对模型进行模拟。模拟结果表明，随着卸压孔间距的增大，煤巷的应力分布变得更加均匀，并且应力的峰值也有所降低。当间距达到一定值后，均匀性的提高趋于饱和。
3.深度参数分析
我们将卸压孔的深度分别调整为1m、1.5m、2m和2.5m，然后对模型进行模拟。模拟结果表明，当卸压孔的深度为1.5m时，应力的峰值降低最为明显，而且应力分布更加均匀，深度再加深已经没有太大的改善作用。
四、结论
通过本文的数值模拟分析，我们可以得出以下结论：
1.卸压孔能够有效地降低煤巷的应力水平，提高其稳定性和安全性。
2.卸压孔的直径、间距和深度均对其支护效果产生较大的影响，需要综合考虑设计合理的参数值。
3.在模拟分析中，煤巷应力峰值的降低并不等同于煤巷的安全性可以得到根本性的改善，因此，必须在考虑卸压孔前提下，考虑整体的巷道支护方案。
因此，在实际煤巷支护工程中，需要进一步改善卸压孔的设计思路和技术，以满足实际的需求。通过数值模拟分析，可以为实际工程提供一些参考和指导，为煤巷的安全性提供更可靠的保障。