基于顆粒流軟件深部軟弱煤巖巷道松動圈規(guī)律研究.pdf

1、煤礦開采日益加深，到達(dá)深部后軟弱煤巖巷道松動破碎后更加難以支護(hù)。本文以深部軟弱煤巖巷道在高地應(yīng)力下松動圈規(guī)律作為研究對象。通過顆粒流軟件數(shù)值模擬確定煤巖物理力學(xué)細(xì)觀參數(shù)。進(jìn)行了不同側(cè)壓比、不同應(yīng)力水平、不同巷道斷面、多因素、多水平的建模。并監(jiān)測模型幫部和頂部的應(yīng)力、位移值。經(jīng)過后處理并結(jié)合模型松動破碎圖總結(jié)了松動圈擴(kuò)展變化規(guī)律，松動圈形態(tài)特征規(guī)律，松動圈分區(qū)破壞特征，松動圈深度判別方法。
　　隨著開采深度的增加，巷道圍巖松動圈不斷

2、擴(kuò)展。但埋深在臨界深度以上的巷道圍巖松動圈深度較小，巷道發(fā)生松動破壞后圍巖可以繼續(xù)保持穩(wěn)定。當(dāng)埋深在臨界深度以下的巷道圍巖發(fā)生松動破壞后，巷道松動圈深度大幅增加，在圍巖發(fā)揮自身承載力后仍不能保持穩(wěn)定。在沒有支護(hù)的條件下，巷道將會變形至趨于閉合。
　　由模擬得到的結(jié)果，可以推測當(dāng)巷道處在的應(yīng)力場中等效應(yīng)力大于等于巖石單軸抗壓強(qiáng)度時。則此巷道所處深度為臨界深度，其以下部分為深部區(qū)域。
　　松動圈形態(tài)取決于地應(yīng)力場側(cè)壓比和巷道所處

3、的深度。當(dāng)巷道深度在臨界深度之上時，巷道幫部松動圈深度和頂部松動圈深度之比接近側(cè)壓比的倒數(shù)；當(dāng)巷道深度在臨界深度之下時，巷道幫部松動圈深度加距巷道中心距離和頂部松動圈深度加距巷道中心距離之比接近于側(cè)壓比倒數(shù)。即側(cè)壓比不等于一時，松動圈形狀為橢圓形，橢圓形長軸與最小地應(yīng)力方向平行。圍巖在松動圈長軸端產(chǎn)生大量剪切斜向裂紋，在短軸端產(chǎn)生大量環(huán)向裂紋；側(cè)壓比等于一時松動圈形狀為圓形，只有少量剪切裂紋和環(huán)形裂紋。當(dāng)巷道在臨界深度以下時，由于重力作

4、用頂部松動圈深度將比底部深度大。松動圈表現(xiàn)為整體上移。
　　當(dāng)巷道處于臨界深度以下時，圍巖松動圈中易形成分區(qū)破碎情況。在應(yīng)力圖中表現(xiàn)為松動圈區(qū)間內(nèi)一段區(qū)域徑向應(yīng)力先減小后增加，環(huán)向應(yīng)力先增大后減小。即徑向應(yīng)力曲線為凹線形，環(huán)向應(yīng)力曲線為凸線形。以此辨別松動圈中分區(qū)破碎的發(fā)生。
　　松動圈深度判別方法與臨界深度有關(guān)。當(dāng)巷道深度在臨界深度之上時，松動圈破碎范圍小，通過應(yīng)力圖無法得到準(zhǔn)確的范圍值。宜采用不同點(diǎn)的位移量判別松動圈大小