综采工作面轨道顺槽掘进矿压显现规律模拟研究

摘 要 为分析回采巷道掘进期间矿压显现规律，本文拟通過三维数值模拟软件计算得到了151103工作面轨道顺槽掘进期间的围岩位移、塑性区及应力分布，实践结果表明：顶底板收敛75mm、两帮移近82mm，与数值模拟基本吻合，巷道围岩稳定性较好，数值模拟的支护设计能较好满足工作面安全高效生产。

关键词 轨道顺槽；锚网索支护；矿压显现；模拟研究

前言

151103工作面轨道顺槽沿刘庄煤矿11煤顶板掘进，主要用于工作面回采期间的回风、运输及行人，对工作面安全高效回采至关重要[1]。151103工作面轨道顺槽东西走向通过151103轨道顺槽联络巷连接151101工作面胶带顺槽（已施工），然后南北连接西一13-1顶板胶带机大巷（已施工），沿煤层顶板掘进。巷道顶底板岩性为：老顶为细粒砂岩，厚2.50m，灰白色，主要成分为石英、含有白云母，具缓波状层理，夹有薄层状泥岩；直接顶为粉砂岩，厚度为1.90m，深灰色，含有植物化石，性脆，有垂直裂隙发育；伪顶为泥岩，厚度为0.55m，浅灰色，块状，泥质结构，含植物化石，参差状断口；11煤层，黑色，半亮型煤，以亮煤为主，次为暗煤、镜煤、细中条带结构，层状构造；伪底为泥岩，厚度0.5m，灰黑色，断口不平坦，含植物化石；直接底为细粒砂岩，厚度1.4m，灰白色，石英为主，含有白云母，夹有薄层状，条带状泥岩，呈互层状；老底为粉砂岩，厚度8.10m，深灰色，夹有薄层状细砂岩，呈互层状，中下部有菱铁质泥岩，下部含有植物化石。为分析轨道顺槽特定支护方案下的矿压显现，拟通过三维数值模拟分析软件构建模型开展相关研究。

1 工程概况

151103工作面轨道顺槽断面为梯形，高4.7m、宽5m，断面积为23.5m2。巷道永久支护为：顶板采用5根Φ22左旋金属强力锚杆，长度2.5m，顶板锚杆间排距800×800mm，锚杆布置成排成行，与此同时顶板布置5根锚索，锚索采用Φ21.8×9200mm高强度钢绞线，顶角锚索间排距1200×1600mm，成排成行；巷帮采用6根Φ22左旋金属强力锚杆，长度2.5m，帮部锚杆间排距800×800mm，左右两帮各布置1根锚索，帮部锚索间排距1200×1600mm。轨道顺槽的开掘断面如下图1所示。

2 模型构建

按工程条件，设计开掘的原模型如下图2所示，模型尺寸为：200×200×60.8m。模型四边及底板位移约束，平均埋深620m，顶板施加垂直压力11.25MPa。

按其顶底板赋存岩石的岩性及层厚，构建相应的岩层，从底部到顶部分别是：底部（20m）、老底（8.1m）、直接底（1.4m）、伪底（0.5m）、煤层（5.9m）、伪顶（0.6m）、直接顶（1.9m）、老顶（2.5m）、顶部（20m）。

按实际的开掘断面，模型沿y向开掘宽5m、高4.7m的梯形巷道，巷道顶板采用5根2.5m锚杆支护，两帮采用6根2.5m锚杆支护，顶板采用Φ21.8×9200mm高强度钢绞线锚索支护，间排距1.2×1.6m，巷道开掘沿煤层顶板施工。

3 计算与结果处理

为分析现有支护条件下，巷道围岩稳定性，特切剖模型中部，做应力云图、位移云图、塑性区云图切片，分别如下图3所示。

从分析结果可知，巷道最大垂直应力位于巷道两帮，应力峰值为14.63MPa，应力集中系数为1.30。巷道顶板围岩移近量为70mm左右，巷道塑性破坏多为帮角或底板，锚索长度超过塑性区发育范围，锚索锚固端稳定于顶板稳定岩层中，因此巷道围岩基本处于稳定状态。

4 矿压实测研究

巷道掘进期间，对永久支护后的巷道两帮及顶底板收敛进行了表面位移观测，3天后围岩移近量加快，20天后基本稳定，此时顶底板收敛75mm、两帮移近82mm。观测结果与实测值基本吻合，研究结果表明：数值模拟能为巷道围岩稳定性评判提供很好的依据。

参考文献

[1] 陈登红.深部典型回采巷道围岩变形破坏特征及控制机理研究[D].合肥：安徽理工大学，2014.

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