论文复杂条件煤巷掘进顶板控制数值模拟与应用是适合不知如何写数值模拟方面的相关专业大学硕士和本科毕业论文以及关于数值模拟论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料下载。
摘 要:为了解决刘庄煤矿大断面煤巷复合破碎顶板稳定性难于控制,制约快速掘进,影响安全施工和巷道维护这一重大工程问题,运用FLAC3D数值模拟分析,对巷道断面和支护进行优化设计,提出人造拱形断面及滞后迎头一段距离的弱化支护技术,实现了最高月掘进1 510 m的好成绩,为煤巷快速掘进顶板控制提供了保障.
关键词:复合破碎顶板;大断面;人造拱形断面;滞后支护;顶板控制
中图分类号:TD325.1文献标识码:A
文章编号:1672-1098(2010)03-0023-06
收稿日期:2010-08-12
作者简介:魏敬喜(1983-),男,安徽淮南人,在读硕士,研究方向:矿山压力与岩层控制.Numerical Simulation Research on Roof Control of Roadway in Excation under Complex Conditions and Its Application
WEI Jing-xi,HUA Xin-zhu,LI Ying-fu
(School of Energy and Safety, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)
Abstract:In order to solve the difficult engineering problems of compound broken roof control of roadway in coal seam with large cross-section, limiting fast excation and safe construction and roadway maintenance, optimal design of roadway cross-section and its support was performed by using FLAC3D numerical simulation. Technology of man-made arch cross-section with delayed support at some distance from roadway heading face was proposed. With the technology a good effect of 1510 meters of excation development in one month was achieved. The technology provides guarantee for roof control in fast excation of roadway.
Key words:compound broken roof; large cross-section; man-made arch cross-section; delayed support; roof control
近年来,随着矿井开采深度的增加,导致复合顶板破碎,使大断面巷道的受力状态逐渐变的复杂,容易出现顶板事故,影响巷道快速掘进,给安全施工和巷道维护带来了隐患[1-3].尤其,随着综采、综放技术的应用和安全高产高效矿井建设的迅猛发展,采煤速度和掘进速度不匹配的问题日益突出,解决高地应力、复合破碎顶板、大断面下煤巷掘进的顶板控制技术显得尤为重要.而根据不同地质和生产技术条件进行顶板控制及施工方法的创新,可以改善巷道的围岩稳定性,提高支护效果,同时达到快速掘进的目的[4-6].本文提出人造拱形断面及滞后迎头一段距离的弱化支护技术,为煤巷快速掘进顶板控制提供了保障.工业性试验地点选在刘庄煤矿121102工作面机巷进行.
1 生产技术条件
121102工作面机巷位于1水平E2采区,11-2煤可采,工作面四周及上下煤层均未开采.总体形态为一单斜构造,平均倾角为16°.老顶为细砂岩,顶板10.0 m处发育1条0.8 m的煤线,顶底板为岩性较弱的砂质泥岩(见图1).
机巷掘进净断面为L等于5 000 mm,H等于4 000 mm.采用锚网索联合支护,每排布置15根锚杆, 顶板布置7根锚杆, 帮部布置8根锚杆; 锚索为17.8 mm预应力钢绞线制作,L等于6 200 mm,排距为2 400 mm,每排3根,每个绞车窝施工一根锚索,每根锚索使用4卷Z2350树脂药卷,压板为350 mm×350 mm×10 mm及150 mm×150 mm×10 mm钢板各一块.
2 数值模拟与分析
2.1 建立模型
数值模拟能模拟岩体的复杂力学和结构特性,并对工程岩体稳定性进行预测和预报.而现有的力学理论、现场实测及物理模拟受很多方面的制约,难以达到所需的效果.因此,采用数值模拟能更好地解决采矿工程和其他岩土工程问题.根据具体的工程地质条件,建立相应的数学力学模型[7].模型的岩石力学参数如表1所示.
2.2 巷道断面优化设计
121102工作面机巷沿11-2煤层的顶板掘进,机巷顶板为岩性较弱的复合顶板,由于复合顶板容易冒落,临时支护时间长,安全管理难度大,容易出现顶板事故,且留顶形成网兜,影响永久支护效率.为了破顶后顶板能有效承载、保持顶板完整,最适宜快速掘进,在顶板上开挖出一定的拱高,形成人造拱形断面.因此,数值模拟采用三种方案:方案1:拱形高度600 mm;方案2:拱形高度800 mm;方案3:拱形高度1 000 mm.
分析比较三种模拟方案在巷道掘进期间,离掘进迎头10 m处巷道的位移分布、应力分布及塑性区发育情况(见图2).
对于方案1, 由于顶板弱结构岩层的影响, 巷道的应力集中、 围岩变形及塑性区深度都比较大. 采用方案2, 破除巷道顶板部分弱结构岩层后,使得巷道的应力分布得到优化,集中应力变小,巷道围岩变形破坏得到好转.方案3虽然弱化了顶板弱结构岩层对巷道围岩变形破坏的影响,但是由于巷道拱高的增加, 造成巷道整体高度加大, 使得巷道围岩变形加剧, 特别是两帮的变形增加较大. 因此, 巷道最优拱形高度确定为800 mm, 即采用方案2.
根据数值模拟分析,人造拱形巷道的最大水平应力达到18.3 MPa(见表2).巷道两帮为岩性较弱的煤体,如果选择塑性区范围较大的帮部作为巷道支护的关键区域,将会产生很大的支护代价.可以把巷道顶板作为支护的关键区域,顶板中部作为支护关键点.先支护巷道顶板,然后支护两帮,并且对顶板进行加强支护,以减轻顶板对两帮的挤压,能够减少巷道两帮的变形和底鼓量.
2.3 巷道支护设计优化研究
(1) 巷道支护方法
为了有效控制复合顶板,同时实现掘进与支护的平行作业,模拟分析5种不同的巷道支护方法所引起的巷道应力分布、位移分布和巷道围岩塑性区发育情况,选择最优的巷道支护方法.
支护方法1:采用巷道掘进和支护同步进行,巷道支护紧跟迎头,不滞后支护;
支护方法2:先打顶板7根锚杆,最大控顶距不超过1.8 m;两帮8根锚杆滞后5 m支护;顶板中部的一根锚索滞后10 m支护,顶板两边的两根锚索滞后15 m支护;
总结:该文是关于数值模拟论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
参考文献：
1、 基于拉格朗日有限差分数值模拟的巷道掘进技术 摘 要：针对大断面煤矿巷道快速掘进，在保障作业安全性的基础上，通过评价干扰掘进进度的各项原因，针对影响进度的关键要素逐一进行解决，以保证采掘接续。
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