受復雜采動影響沿空掘巷煤柱變形破壞機理研究

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1、夯曩舛技2013年第5期168受復雜采動影響沿空掘巷煤柱變形破壞機理研究柳泉(兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦，山東鄒城273500)摘要借助大型數值模擬軟件，對沿空掘巷煤柱經受鄰近工作面回采和自身工作面回采兩次采動過程中的受力、變形時空演變規(guī)律進行數值仿真研究，著重分析了煤柱應力、位移變化、超前應力影響范圍等規(guī)律。說明煤柱在采動中是從煤柱邊緣向煤柱內部逐步過渡破壞。研究結果為工程應用提供了理論基礎和技術指導。關鍵詞沿空掘巷復雜采動破壞機理數值模擬中圖分類號TD322文獻標識碼Adoi：10．3969／j．issn．1005—2801．2013．05．99本文基于ANSYS大型數值

2、模擬軟件，按照一次采O／一材料參數；動、二次采動的順序對煤柱的應力、變形時空演變規(guī)律G一煤巖體彈性剪切模量；進行數值仿真研究，分析了沿空掘巷煤柱應力、位移變一彈性體積變形模量?；⒊皯τ绊懛秶约懊褐冃纹茐囊?guī)律，尤其是該模型服從廣義的VonMises屈服條件，即廠=a／．搞清沿空掘巷煤柱的破壞演變機理，為今后合理留設+~／一C=0，因此D—P準則比較適合巖土類材料。煤柱，對工程應用提供了理論基礎和技術指導。2模擬結果分析1數值分析模型2．1一次采動煤柱受力、位移動態(tài)演變特征分析本文假設回采煤柱寬度為15m，高3m，工作面埋2．1．1上順槽掘進煤柱受力與位移特征分析深約40

3、0m，上賦等效壓應力約為6MPa。采用通用有掘進過程中，煤體的應力、位移變化顯著；上順槽限元軟件ANSYS建立三維數值分析模型，模型長、寬、拐角發(fā)生應力集中現(xiàn)象，最大壓應力達10。7MPa，且位高分別為100m、120m和45m。模型分上下臨近工作移變化較大，呈現(xiàn)以上順槽起始位置為中心的半圓形面，邊界側面采用法向位移約束，底面豎直方向和水平輪廓。靠近已開挖上順槽部分的煤柱應力、位移變化方向位移均約束；頂面為自由面。模型煤(巖)體的物顯著，且有一段超前影響。為進一步探討采動過程中理力學參數如表1所示。按照一次采動、二次采動的的沿空掘巷煤柱穩(wěn)定性，在模擬中對上順槽掘進24m、順序對

4、煤柱的應力、變形動態(tài)演變過程進行了模擬。45m、63m段為研究對象，對煤柱內部應力、位移變化情表1煤(巖)體物理力學參數況進行了監(jiān)測。監(jiān)測線沿著順槽掘進方向，取距開切層厚彈性模量E泊松比密度內聚力摩擦角眼45m處的煤柱上平面，該煤柱側向支承壓力和垂直巖層名稱(m)(GPa)(kg／m3)fMPa)(。)位移曲線見圖1。砂質泥巖4．7519．710．2572535416粗砂巖5．2519．78O．1824o0l545(1)隨上順槽不斷掘進，煤柱支承壓力變化主要中砂巖7．5235．260．162550l7．223集中在距上順槽側向距離為0～1．5m范圍內，煤柱在細砂巖824．38O

5、．1724403．142煤50．940．30314471．526距上順槽側向距離1．5m處壓應力最大，最大值約為粉砂巖14．483O．380．1527002．4457．8MPa，塑性區(qū)寬度小于1．5m。隨著距上順槽側向距煤(巖)體材料采用Dracker—Prager彈塑性本構離的增加，煤柱內應力逐漸趨向于初始地應力模型，本構方程如式(1)所示。7．2MPa，且巷道開挖對煤柱產生的超前影響距離大約如=dSodI1為15～20m。十+(去+)c·，(2)位移曲線表明，上順槽掘進對煤柱的變形影響較小，在掘進到45m、63m時，煤柱整體變形增大，最—de+3Koede大變形約為0．7c

6、m，與應力變化趨勢相吻合，總體上此=(2)階段對煤柱穩(wěn)定性影響較小，可以不用采取支護措施。式中：，．一應力張量第一不變量；2．1．2上工作面開采煤柱應力與位移特征分析一應力偏張量第二不變量；上順槽掘進完后，上工作面由切眼開始沿巷道推進，同時下順槽亦由外向里掘進，工作面及順槽每次掘}收稿13期：2013—09—16進3m，掘進過程中的應力、位移如圖4所示。煤柱上作者簡介：柳泉(1975一)，山東萊陽人，畢業(yè)于山東科技大學采礦最大應力出現(xiàn)在距上順槽側向距離1．5m處的平面一L，工程專業(yè)，現(xiàn)任兗礦集團鮑店煤礦計劃科科長。而隨著順槽側向距離的增加，垂直應力在煤柱分布上2013年第5期童

7、撼jil科技169十上工作面開采24m+上工作面開采45m—一上工作面開采63m翅堂蔓墮避45m_哩簍i■8000，7500～●牟～皇7000●長6500～一60005500024681O12l4165000■05l0l52O距巷道1側向距離(m)煤柱距離上順槽側向距離(m)■一．1}一■～一一十上工作面開挖24mt上工作面開挖45m十上工作面開挖63m(a)支撐壓力●2O+上順槽掘進24m+E順槽掘進45m__．r-L順槽掘進63m■■■百15'}言0耋1030～s一惻0OO02468l0