“三软”煤层开掘回采巷道数值模拟分析

舒 波,谢小平＊,管育春,朱江华

（贵州六盘水师范学院矿业工程系,贵州 六盘水 553004）

1 工程概况

米箩矿开采煤层位于井下一采区三条下山东翼的矿110302工作面是上二叠系龙潭煤组上段的1#、3#煤层，标高+1105.0～+1125.4m为回风顺槽；标高+1058.4～+1076.2m为运输顺槽。该工作面布置于煤层1#、3#煤层，1#煤层及3#煤层地质结构较稳定，1#煤层厚度与3#煤层厚度平均在1.4m左右和平均在2.3m左右。直接顶板为泥质粉砂岩，老顶为灰色中细砂岩；直接底为浅灰色泥质砂岩，遇水软化，厚0.3～1.1m，老底为灰色细砂岩。110302工作面综合柱状图如图1所示。

2 “三软”煤层巷道变形破坏特征数据模拟分析

2.1 创建模型

建立“三软”煤层回采巷道数值计算模型，分析“三软”煤层回采巷道破坏特征，采用通用离散元软件UDEC4.0[1-3]，结合米箩煤矿现场生产地质条件。建立模型，底边界垂直方向与左右边界水平方向固定。建立总体尺寸（宽×高）50×30m的模型，按采深200m计算上边界载荷，覆岩荷载施加4.9Mpa，建立如图2所示的模型。

图2 相似数值模型

3 变形破坏计算分析

图3 垂直应力分布图（单位：MPa）

图4 水平应力分布图（单位：MPa）

通过计算分析，开挖回采巷道后，巷道围岩垂直应力和水平如下图3、图4所示。根据数值模拟结果可以看出，当巷道开掘后，巷道周围的垂直应力为8MP，约为原岩应力的1.63倍，巷道周围的水平应力为10MP，约为原岩应力的1.7倍。巷道两帮和顶板的塑性区范围较大，在两帮浅部最先出现拉破坏区；随着两帮煤体塑性区范围的扩大，其整体的承载负荷能力降低，直接顶开始产生裂隙弯曲下沉，在顶板中部与浅部产生拉破坏现象，所以控制巷道变形的关键在于控制巷道的两帮和顶板的变形，使其形成围岩承载结构。

[1]钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.

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[3]吴基文,童宏树,童世杰等.断层带岩体采动效应的相似材料模拟研究[J].岩石力学与工程学报,2007(S2):4170-4175.