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小煤柱沿空留巷围岩变形特征数值模拟分析
小煤柱沿空留巷围岩变形特征数值模拟分析
摘要：为了探究小煤柱沿空留巷围岩变形特征，本研究利用数值模拟方法对该问题进行了分析。通过建立基于离散单元法（DistinctElementMethod，DEM）的数值模型，并进行一系列模拟实验，研究了小煤柱沿空留巷围岩变形特征，包括应力分布、变形变化以及破裂破碎等方面。研究结果表明，在小煤柱沿空留巷的围岩中，应力分布呈现明显的非均匀性，变形主要以压实和收缩为主，破裂破碎主要发生在围岩的薄弱部位。这些研究结果对于煤矿生产中的支护设计和瓦斯抽放具有一定的指导意义。
关键词：小煤柱；空留巷；围岩变形；数值模拟；离散单元法
1.引言
随着煤炭工业的快速发展，煤矿生产越来越向深部开采发展，小煤柱沿空留巷的设计和支护成为矿山工程中的重要问题。小煤柱沿空留巷的设计是为了保证煤柱的稳定和有效支护，同时保证瓦斯抽放和瓦斯隔离的有效性。而围岩的变形特征对于支护设计和煤矿生产具有重要影响。
2.数值模拟方法
数值模拟方法是研究煤矿工程问题的重要手段之一。本研究采用了离散单元法（DEM）建立小煤柱沿空留巷的数值模型。DEM是一种基于颗粒体系的离散元素法，可以模拟颗粒体系的力学行为。通过在模型中增加接触力和粘度等模型参数，可以模拟围岩的变形和破裂。
3.研究实验
为了研究小煤柱沿空留巷的围岩变形特征，本实验设计了三个不同大小的小煤柱沿空留巷模型：模型A、模型B和模型C。通过对这三个模型进行一系列的数值模拟实验，研究了围岩的应力分布、变形变化以及破裂破碎的发生位置。
4.研究结果与分析
实验结果显示，在小煤柱沿空留巷的围岩中，应力分布呈现明显的非均匀性。在模型A中，应力主要集中在小煤柱上方的围岩，而在模型B和模型C中，应力则主要集中在小煤柱下方的围岩。这表明小煤柱沿空留巷的围岩在应力分布方面存在一定的差异。
同时，实验结果还显示围岩的变形主要以压实和收缩为主。在模型A中，围岩主要受到小煤柱上方的挤压作用，呈现出较大的压实和收缩变形。而在模型B和模型C中，围岩受到小煤柱下方的压实和收缩作用，呈现出相对较小的变形。这说明围岩的变形特征与小煤柱的位置和大小密切相关。
此外，实验还发现破裂破碎主要发生在围岩的薄弱部位。在模型A中，围岩上方的薄弱带先出现破裂破碎，而在模型B和模型C中，围岩下方的薄弱带先出现破裂破碎。这说明围岩薄弱部位的破裂破碎可能是导致围岩变形和小煤柱失稳的一个重要原因。
5.结论
通过对小煤柱沿空留巷围岩变形特征的数值模拟分析，本研究发现围岩的应力分布呈现明显的非均匀性，变形主要以压实和收缩为主，破裂破碎发生在围岩的薄弱部位。这些研究结果为煤矿生产中的支护设计和瓦斯抽放提供了一定的参考。未来的研究可以进一步探究矿山工程中的围岩变形特征，以及支护设计和煤矿生产中的优化方法。
参考文献：
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