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[摘 要]模拟结合城山煤矿3B#煤层实际条件,研究在深部大采高条件下,不同支护参数形式下的巷道应力和变形情况,对比不同方案,为深部大采高下类似巷道的支护提供可靠依据
[关键词]数值模拟 方案比较 大采高
中图分类号:TD353.6 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)06-0335-01
1 模型的建立
选取3B#煤层的回采巷道为研究对象,模型尺寸取为30m*25m,巷道尺寸为4x3m,顶板和两帮锚杆长度为2.0m。参照城山煤矿3B#煤层综合柱状,合并忽略一些较薄的岩层,简化后的层位作为模拟层位,如表1所示。
边界条件为模型的左右边界施加辊支承,模型底部施加固定约束,模型的上表面施加均布载荷,由于巷道深度属于深部埋深,按实际埋深700m计算,边界载荷为18.9MPa。
2 模拟方案确定
为了更加详细地了解巷道周围围岩的应力分布规律,验证锚杆支护的作用,并用于指導工程实际,本次模拟采用了多方案进行分析比较除了无支护方案外,对两帮锚杆锚索参数及顶板锚杆参数进行了分析比较,初步确定如下3组方案,如图2所示。
方案一:无支护方案,主要看无锚杆支护条件下的两帮、顶板位移变化情况;
方案二:两帮布置三根锚杆,分别对顶部布置3根锚杆(间排距1.5m)和两根锚索(间排距1m);帮锚杆布置3根锚杆(间排距0.8m)
方案三:在两帮的支护中加入锚索支护,进行分析对比,确定合适的帮锚形式。
3总结
方案一中,回采巷道在无支护状态下,位移变化情况和应力分布如图2、5所示。由图可知,巷道在无支护状态下与方案二、方案三支护条件下相比较,巷道围岩所受集中应力点较少,应力值较低,但巷道围岩变形量较大,水平位移与竖直位移皆大于有支护的方案,底板和两帮鼓起比较严重,巷道基本已无法正常使用。
方案三两帮添加了锚索支护,锚索锚杆共同配套使用。与方案二相比通过锚索轴向上约束控制锚固范围内的原有拉裂破坏面的张开,避免产生新的拉裂破坏面。如图5所示,方案三的两帮的应力集中区范围更小,收敛于锚杆锚索锚固端附近。对两帮煤岩起到一个加固作用,增加了两帮对于顶板的承载能力,竖直方向位移量有所减小。顶板和底板相对于方案二不加锚索时应力更为集中,应力由两帮向巷道顶板和底板4个角转移,但巷道总体变形量降低。
[关键词]数值模拟 方案比较 大采高
中图分类号:TD353.6 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)06-0335-01
1 模型的建立
选取3B#煤层的回采巷道为研究对象,模型尺寸取为30m*25m,巷道尺寸为4x3m,顶板和两帮锚杆长度为2.0m。参照城山煤矿3B#煤层综合柱状,合并忽略一些较薄的岩层,简化后的层位作为模拟层位,如表1所示。
边界条件为模型的左右边界施加辊支承,模型底部施加固定约束,模型的上表面施加均布载荷,由于巷道深度属于深部埋深,按实际埋深700m计算,边界载荷为18.9MPa。
2 模拟方案确定
为了更加详细地了解巷道周围围岩的应力分布规律,验证锚杆支护的作用,并用于指導工程实际,本次模拟采用了多方案进行分析比较除了无支护方案外,对两帮锚杆锚索参数及顶板锚杆参数进行了分析比较,初步确定如下3组方案,如图2所示。
方案一:无支护方案,主要看无锚杆支护条件下的两帮、顶板位移变化情况;
方案二:两帮布置三根锚杆,分别对顶部布置3根锚杆(间排距1.5m)和两根锚索(间排距1m);帮锚杆布置3根锚杆(间排距0.8m)
方案三:在两帮的支护中加入锚索支护,进行分析对比,确定合适的帮锚形式。
3总结
方案一中,回采巷道在无支护状态下,位移变化情况和应力分布如图2、5所示。由图可知,巷道在无支护状态下与方案二、方案三支护条件下相比较,巷道围岩所受集中应力点较少,应力值较低,但巷道围岩变形量较大,水平位移与竖直位移皆大于有支护的方案,底板和两帮鼓起比较严重,巷道基本已无法正常使用。
方案三两帮添加了锚索支护,锚索锚杆共同配套使用。与方案二相比通过锚索轴向上约束控制锚固范围内的原有拉裂破坏面的张开,避免产生新的拉裂破坏面。如图5所示,方案三的两帮的应力集中区范围更小,收敛于锚杆锚索锚固端附近。对两帮煤岩起到一个加固作用,增加了两帮对于顶板的承载能力,竖直方向位移量有所减小。顶板和底板相对于方案二不加锚索时应力更为集中,应力由两帮向巷道顶板和底板4个角转移,但巷道总体变形量降低。