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结合工程实例,采用数值模拟并考虑煤岩体的应变软化特性,对影响下层煤应力分布规律的因素及下层煤巷道合理位置进行了分析。研究表明:下层煤应力分布受上层煤采高及煤层群埋深影响较小,受上层煤顶板岩性与煤层间距影响较大。位于压力卸载区的巷道围岩中压应力小,剪切塑性范围小;位于应力升高区的巷道围岩中应力强烈集中,剪切破坏严重。下层煤巷道最好布置在采空区下方压力卸载区,且必须加强应力升高区内巷道支护。
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DOI: 10. 13347 /j . cnki . mkaq. 2015. 11. 059
采空区煤壁下巷道围岩应力分布影响因素分析
苏
学贵
1,2
,
原
鸿鹄
1
,
李
本奎
1
,
杜
献杰
1
( 1.
太
原理工大学 矿业工程学院
,
山西 太原
030024; 2.
中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室
,
江苏 徐州
221008)
摘 要
:
结
合工程实例
,
采用数值模拟并考虑煤岩体的应变软化特性
,
对影响下层煤应力分布规
律的因素及下层煤巷道合理位置进行了分析
。
研究表明
:
下层煤应力分布受上层煤采高及煤层
群埋深影响较小
,
受上层煤顶板岩性与煤层间距影响较大
。
位于压力卸载区的巷道围岩中压应
力小
,
剪切塑性范围小
;
位于应力升高区的巷道围岩中应力强烈集中
,
剪切破坏严重
。
下层煤巷
道最好布置在采空区下方压力卸载区
,
且必须加强应力升高区内巷道支护
。
关键词
:
近距离煤层
;
应变软化
;
应力分布
;
巷道布置
;
巷道支护
中图分类号
: TD322
文献标志码
: A
文章编号
: 1003 - 496X( 2015) 11 - 0212 - 04
Influence Factors Analysis on Stress Distribution of Roadway Surrounding Rock Under Coal Wall of Goaf
SU Xuegui
1,2
,YUAN Honghu
1
,LI Benkui
1
,DU Xianjie
1
( 1. College of Mining Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2. State Key Laboratory of
Geomechanics and Deep Underground Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221008,China)
Abstract: Combined with practical engineering,four factors of stress distribution in the lower coal seam was analyzed and the stress
distribution as well as surrounding rock destruction in different positions of roadway has been studied by FLAC
3D
with strain softening
model. The results showed that stress distribution of the lower seam was less affected by upper mining height and the depth of coal
seams group,while greatly affected by the characters of the roof in the upper seam and the distance between the two coal seams. The
stress concentration of the roadway in the stress diffusion area was low and the range of plastic distribution decreased,while the stress
of the roadway located in high stress area concentrated strongly. The best layout of roadway in the lower seam is in the stress diffusion
area under goaf,and the support strength of the roadway under coal pillar must be enhanced.
Key words: close distance coal seams; strain softening; stress distribution; layout of roadway;
roadway support
基
金项目
:
国家自然科学基金资助项目
( 51274145)
;
中
国矿业大学
深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金资助项目
( SKLGDUEK1311)
在
煤矿生产中
,
近距离相邻煤层间的开采工作
会产生相互影响
,
上层煤开采产生的煤柱下方煤层
中会出现强烈的应力集中
,
且其中巷道开挖后支承
压力与下煤层中已升高的应力叠加
,
致使下层煤中
的巷道围岩应力急剧升高
,
围岩产生大范围压剪破
坏
[1 - 2]
。
因此在采空区煤柱下方的巷
道如果布置位
置及支护方式不当
,
就需要大量的维护与返修工作
,
所以下煤层中巷道的布置方式与稳定性一直都是重
要的研究课题
[3 - 4]
。
1
计
算模型
1. 1
应变软化模型简介
应变软化模型适用于模拟外载荷超过屈服极限
时抗剪强度会减小的具有非线性软化行为的摩尔库
伦材料
,
可以对材料处于塑性屈服阶段的力学行为
进行研究
。
在每个计算时步将材料黏聚力
、
内摩擦
角
、
剪胀角
、
抗拉强度随着材料的塑性应变成比例衰
减
,
同时材料的本构关系依然遵循摩尔库伦模型
,
这
样
,
随着材料塑性变形量的增大材料的强度参数逐
渐降低
,
更加真实反映出材料的力学行为
[5]
。
应
变
软化模型中材料的本构关系如图
1。
1. 2
计算模型建立
计算模型结合炉峪口矿
8
#
、9
#
相邻两煤层工程
实
例建立
。
当下层煤巷道半径相对于上覆采空区的
宽度较小时
,
可按平面应变问题考虑
,
所以截取实际
开采工作区的一部分建立宽
162 m,
高
50. 5 m
平面
模型
,
模型底部为全约束边界
,4
个侧面为单约束边
·212·
第
46
卷 第
11
期
2015
年
11
月
Safety in Coal Mines
Vol. 46 No. 11
Nov. 2015
中国煤炭期刊网
www.chinacaj.net
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weixin_38710524
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