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1、不連溝綜放面護(hù)巷煤柱尺寸數(shù)值模擬研究周保平[1]劉磊磊[2]侯振勝[1][1]大同煤礦集團(tuán)公司挖金灣煤業(yè)公司，山西大同03742[2]蒙泰不連溝煤業(yè)公司不連溝煤礦，內(nèi)蒙鄂爾多斯100071摘要：針對(duì)內(nèi)蒙不連溝煤礦的地質(zhì)條件進(jìn)行煤柱尺寸合理優(yōu)化，采用FLAC軟件對(duì)不連溝煤礦F6201綜放面護(hù)巷煤柱尺寸進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)對(duì)不同尺寸煤柱的留巷巷道垂直應(yīng)力、水平應(yīng)力、巷道變形和塑性破壞范圍進(jìn)行數(shù)值計(jì)算及比對(duì)分析，得出合理煤柱尺寸，保證工作面安全回采，同時(shí)為煤礦節(jié)省更多的資源。關(guān)鍵詞：綜放面煤柱尺寸數(shù)值模擬研究0引言綜采機(jī)械化長(zhǎng)壁放頂煤開(kāi)采方法
2、中煤柱尺寸對(duì)工作面正?；夭捎绊戄^大，尤其是在準(zhǔn)格爾煤田的薄基巖厚煤層開(kāi)采條件下，煤柱尺寸的合理優(yōu)化就更加重要，當(dāng)煤柱尺寸不合理時(shí)，隨著煤層覆蓋厚度的加大，礦壓顯現(xiàn)更為劇烈，留設(shè)的煤柱偏幫非常嚴(yán)重，巷道難以維護(hù)，對(duì)工作面正?；夭稍斐捎绊慬1]。如果僅僅加大煤柱尺寸，雖然能很好的維護(hù)巷道，保證工作面安全開(kāi)采，但是留設(shè)的煤柱尺寸過(guò)大就浪費(fèi)了寶貴的資源，也增加了煤層的自然發(fā)火的危險(xiǎn)性，浪費(fèi)資源的代價(jià)甚至超過(guò)巷道維護(hù)的費(fèi)用，得不償失[2]。本文針對(duì)不連溝煤礦的地質(zhì)條件進(jìn)行煤柱尺寸合理優(yōu)化，采用FLAC軟件對(duì)F6201綜放面護(hù)巷煤柱尺寸進(jìn)行數(shù)值模
3、擬。不連溝煤礦F6201綜放面現(xiàn)留設(shè)的煤柱尺寸為20m，為驗(yàn)證20m煤柱的合理性，確定合理煤柱尺寸，分別對(duì)留設(shè)煤柱5m、10m、15m、17.5m、20m、22.5m、25m、30m、35m時(shí)的留巷巷道垂直應(yīng)力、水平應(yīng)力、巷道變形和塑性破壞范圍進(jìn)行分析研究保證工作面安全回采的同時(shí)，得出合理的煤柱尺寸，為煤礦節(jié)省更多的資源。1F6201綜放工作面基本情況內(nèi)蒙不連溝煤礦位于準(zhǔn)格爾煤田北部，礦井主采煤層為石炭系上統(tǒng)太原組6#煤層。準(zhǔn)格爾煤田煤層埋藏淺，煤層集中于淺部煤系地層。F6201綜放工作面東連6#煤回風(fēng)大巷，北靠總進(jìn)風(fēng)巷，西部、南部均
4、是未采區(qū)，工作面沿底板布置兩順槽，一進(jìn)一回。該工作面走向長(zhǎng)度765.8米，傾斜長(zhǎng)度249.6米。煤層埋深為356.0～397.5m，平均為376.75米。F6201綜放工作面回采煤層為6#煤層，傾角0-8°，平均為4°，煤層平均厚度15.24米。機(jī)采高度4.0m，放煤高度11.24m，采放比平均約為1:3。煤層產(chǎn)狀平緩，煤層傾角0-8?°，平均4?4°，裂隙較發(fā)育。6#煤層綜合地質(zhì)情況見(jiàn)圖1。圖1綜合地質(zhì)柱狀圖2數(shù)值模擬模型及計(jì)算分析FLAC3D軟件是建立在拉格朗日算法基礎(chǔ)上的巖土力學(xué)數(shù)值計(jì)算軟件。在采礦工程中，利用FLAC軟件可對(duì)采
5、礦工程中圍巖活動(dòng)規(guī)律、巷道圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題涉及到的巖體力學(xué)特性、圍巖壓力、支護(hù)圍巖相互作用關(guān)系、巷道與工作面的時(shí)空關(guān)系等復(fù)雜的力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行全面研究。該軟件主要適用模擬計(jì)算地質(zhì)材料力學(xué)行為，特別是材料達(dá)到屈服極限后產(chǎn)生的塑性流動(dòng)[3-4]。2.1模擬模型的建立2.1.1模型邊界條件模型四周邊界均施加水平位移約束，底邊界均施加水平位移及垂直位移約束。而模型的頂邊界采用應(yīng)力邊界，應(yīng)力為上覆巖層重力產(chǎn)生的均布載荷。如圖2所示。圖2物理模型和邊界條件2.1.2模型選擇和煤巖物理力學(xué)參數(shù)確定本模型模型塊體的本構(gòu)關(guān)系采用莫爾—庫(kù)侖模型進(jìn)行計(jì)算[5-6
6、]。由塊體和節(jié)理的本構(gòu)關(guān)系確定數(shù)值計(jì)算所需要的屬性參數(shù)，根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)室測(cè)得數(shù)據(jù)和類(lèi)似條件下模擬實(shí)驗(yàn)中所取的數(shù)值取F6201工作面煤層及覆巖的物理力學(xué)參數(shù)及煤巖層接觸面力學(xué)參數(shù)，見(jiàn)表1。1煤巖物理力學(xué)參數(shù)表煤巖名稱(chēng)自然密度kg/m3波速/m/s抗拉強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa堅(jiān)固系數(shù)彈性模量/GPa變形模量/GPa泊松比粘結(jié)力/MPa內(nèi)摩擦角/度頂板石砂巖227525072.5530.33.017.213.90.3415.3228.1底板砂巖互層230936090.5815.21.510.16.10.35煤層127810390.186
7、.30.99～11.080.590.302.2數(shù)值模擬對(duì)比分析：利用FLAC3D模擬原則及實(shí)際情況，經(jīng)模擬計(jì)算可得出F6201綜放工作面留設(shè)不同尺寸煤柱條件下煤柱本身及上覆巖層的應(yīng)力分布情況見(jiàn)圖3，變形情況見(jiàn)圖4。5m煤柱10m煤柱15m煤柱17.5m煤柱20m煤柱22.5m煤柱25m煤柱30m煤柱圖3不同尺寸煤柱水平應(yīng)力分布圖5m煤柱10m煤柱15m煤柱17.5m煤柱20m煤柱22.5m煤柱25m煤柱30m煤柱圖4不同尺寸煤柱變形分布及變形量圖3數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析利用FLAC3D模擬原則及實(shí)際情況，經(jīng)模擬計(jì)算可得出F6201綜放工作面
8、留設(shè)不同尺寸煤柱條件下煤柱本身及上覆巖層的應(yīng)力分布情況、煤柱應(yīng)力及變形之間的相互變化數(shù)值關(guān)系，根據(jù)計(jì)算分析可得綜合比對(duì)圖3~4，得出不同煤柱寬度時(shí)煤體的破壞規(guī)律：圖5不同煤柱尺寸側(cè)向支承壓力情況圖圖6不同煤柱尺寸側(cè)向煤體
