推进方向支承压力分布规律数值模拟研究
综放采场覆岩冒落与围岩支承压力动态分布规律的数值模拟
上覆岩层
煤层 底板
图 1 数值计算的力学模型 Fig.1 Mechanical model of numerical calculation
(h) 第五次周期来压(采场推进 119 m)
图 2 采动覆岩破断垮落过程 Fig.2 Fracture and caving process of mined overlying strata
第 23 卷 第 7 期
浦 海等. 综放采场覆岩冒落与围岩支承压力动态分布规律的数值模拟
• 1125 •
1.7
190
2.3
100
1.8
28
2.1
4
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8
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42
2.1 数值模拟软件 在本文的数值模拟中，选用东北大学唐春安教授
开发的岩石破裂过程耦合分析系统——RFPA’ 2000。 该系统基于有限元理论，将岩石材料的非均匀性参 数引入到计算单元中，从而可以很好地模拟岩层的 非线性本构特征。特别的是它可以模拟裂纹的萌生、 扩展以及随着采场工作面的推进覆岩中关键层的变 形→破裂→移动全过程。该系统采用分步开挖来研 究随工作面的推进引起的应力场的重新分布以及覆 岩的变形和破坏。因此，可以模拟采动岩体破断过 程的动态变化。 2.2 数值计算模型
深入研究和掌握采动覆岩破断和移动规律是对 岩层实施有效控制的关键。用实测和物理模拟的方 法研究覆岩破断规律既有可靠性，也有局限性，而 采用建立在传统连续介质理论基础上的数值计算方 法又无法模拟采动覆岩变形→破裂→移动全过程。 因此，人们正在努力开发适用于分析岩体破裂过程 的非线性分析系统。本文数值模拟中采用的 RFPA’2000 软件[4～8]已具备了这方面的功能。
常村煤矿S6—7综放工作面支承压力分布规律研究
综放工作面超前支承压力规律研究
（ ｂ ）
ａ —— ｌ １ ９ ２下顺槽 工作 面支 护设计 ． ｂ —— １ １ ９ ２下顺槽 工作
面支护设 计
图１ １ １ ９ ２ 工作面上下顺槽支护设计
巷道设计采用锚杆 、 锚网、 钢带、 锚索联合支护 ，
ｌ １ ９ ２ 工作面上下顺槽支护设计如 图 １ 所示 。 以满足安全及生产需要 ， 局部地 区需根据现场情况
构复杂 ， 其空间形态比较稳定 ， 厚度变化不大 。顶板
为粉 砂 岩 ， 致密 ， 坚硬 ， 具 平 行层 理 。底 板 为 粉砂 岩
或泥岩 ， 平均 １ ５ ． ６ Ｍ Ｐ ａ 。工作面两顺槽巷道沿煤层
底 板布 置 ， 巷 道设 计长 度 ｌ ２ ８ ４ ｍ， 工作 面长度 为 １ ９ ９ ｍ 。采用综采放顶煤开采方法 ， 全部垮落法处理 顶板 ， 采放 比ｌ ： ２ （ 其中采煤机切割高度 ２ ． ８ ｍ， 放顶 高度为 ５ ． ６ ｍ） 。１ １ ９ ２ 综放工作面支架及上下顺槽 支护设备及其型号如表 １ 所列。
１ ７
１ ６ ． ５
杂 １ ６
器 ｌ ５ ＿ ５
１ ５
工作面长度， ｍ （ ｃ ）
Ｏ
骝１ ４
．
５
１ ４ ５ ５ ６ ５ ７ ５ ８ ５ ９ ５ １ Ｏ５ １ １ ５ １ ２ ５ １ ３ ５ １ ４ ５
工作面长度， ｍ
也逐渐增多 。由于本模型中区段煤柱为 １ ３ ｍ， 故可
（ ｃ ） 幽 慨 ｊ 盂
皇
１ ７
１ ６． ５ １ ６ ｌ ５ ． ５
工作面长度， ｍ （ ｄ ）
采场支承压力分布规律研究
工 程 技 术1 支承压力与矿压显现煤层采出后,在围岩压力重新分布的范围内,作用在煤层、岩层和矸石上的垂直压力称为“支承压力”。
在支承压力作用下发生的煤层压缩与破坏、相应部位的顶底板相对移动以及综采支架受力变形等现象统称为支承压力的显现。
支承压力的存在是绝对的,支承压力的显现是支承压力作用的结果。
但在在生产现场经常会出现支承压力大小和支承压力显现强度不一致、甚至截然相反的情况,造成这一情况的原因主要有以下两个方面。
(1)煤层不同部位的支承压力往往有很大的差别,这是由于相应部位岩层的破坏情况和边界条件不同所致。
(2)由于作为荷载的上覆各岩梁所处位置和强度的差别,再加上在采场推进过程中出露情况和边界条件的改变有先有后,其运动状态及向两支承端传递力的变化一般都是非同步的。
综上所述,可以看出,在既定的开采强度条件下,煤层上支承压力分布和在工作面巷道中的显现以及两者间的关系等是由上覆岩层的状态和煤体本身各处的支承能力所决定的。
因此,了解煤层受力分布状态及其破坏状态的发展过程,搞清上覆岩层运动规律,就有可能对支承压力的分布和显现规律作出正确的判断。
2 采场推进过程中支承压力的发展规律通过对工作面超前支护范围内的单体支柱压力进行监测和分析,结合矿山压力与岩层控制的理论研究成果,可以发现,从采场推进开始至老顶各岩梁一次来压结束期间的支承压力分布及其显现的变化可以划分为以下三个阶段:(1)第一阶段:从采场推进开始至煤壁支承能力改变之前,即煤壁附近煤体进入塑性状态。
在此阶段,随着采场的推进,通过处于相对稳定状态的老顶岩梁传递至煤层上的压力将逐渐增加,但是,由于各点的压力没有达到煤体的破坏极限,因此,包括煤壁在内的整个煤层都处于弹性压缩状态,支承压力的分布曲线是一条高峰在煤壁处的单调下降曲线。
(2)第二阶段:从煤壁支承能力开始改变起,到老顶岩梁端部断裂止。
进入此阶段,靠近煤壁附近的应力值达到了煤层的强度极限,随着煤体的破坏,其支承能力开始降低,这一趋势随着采场的推进和岩梁悬跨度的增加将会逐渐向煤壁前方扩展。
小煤柱沿空巷道方案论证报告
综放工作面小煤柱沿空巷道矿压规律与围岩强化控制技术研究方案论证报告吕临能化有限公司庞庞塔煤矿中国矿业大学2014年7月30日目录一、项目的背景和意义沿空掘巷是煤矿井下回采巷道的一种典型形式，它包括沿采空区边缘掘巷、与采空区之间留窄煤柱的沿空掘巷两类情况。
由于沿空掘巷可以充分借用工作面回采活动造成的特殊顶板结构来优化巷道围岩应力环境，显著提高煤炭资源回收率，简化采掘接替工艺，在我国越来越多的矿井生产中采用沿空掘巷。
吕临能化有限公司庞庞塔煤矿主采的5#、10#煤层赋存厚度大，煤质较软，地应力高，且开采强度大，再叠加工作面采动压力影响，导致大量沿空巷道矿压显现剧烈，突出表现为巷道两帮急剧收敛，底板臌起，根据前期调研表明，沿空巷道实体煤帮收敛量达到以上，两帮局部的收敛变形量可达2m多，底臌量能够达到，致使巷道断面不能满足正常行人、生产要求，巷道需进行大量的维护，既增加生产成本，又影响正常生产，沿空巷道围岩的控制难题成了庞庞塔矿亟待解决的问题。
针对此问题，项目主要研究小煤柱沿空巷道覆岩结构活动特征与应力分布变化特征、受本工作面二次采动影响时顶板结构对沿空巷道围岩变形的影响规律、小煤柱沿空巷道产生大变形的机理与关键影响因素，并提出沿空巷道断面强化控制技术，确保巷道断面满足需要。
二、国内外研究开发现状和发展趋势对于该类条件下的沿空巷道控制问题，国内外很多学者做了大量的研究工作。
留窄煤柱沿空掘巷由于处于采空区边缘煤体是己卸载的松弛区，煤体深处是能够承载的塑性区和弹性区，所以沿空掘巷是在原先的松弛区掘进。
在松弛区沿空掘巷又破坏了原来平衡状态，支承压力的垂直应力分布向煤体深部移动，一般向煤体深部移动的距离约为新掘巷道的宽度。
由于应力的重新分布，巷道的顶帮会有明显的变形。
留窄煤柱沿空掘巷应力分布依据煤、岩性质和窄煤柱宽度的不同，垂直应力的高峰值也不同，既有可能使新掘的巷道处于支承压力高峰之下，引起巷道剧烈变形维护困难，又有可能使得巷道处于应力降低区，巷道维护简单。
工作面支承压力分布的研究
工作面支承压力分布的研究作者：叶丽萍来源：《安徽理工大学学报·自然科学版》2011年第04期摘要：为了研究采场支承压力，运用 FLAC3D软件建立工作面开采数值模拟模型，研究了工作面前支承压力分布形态及应力峰值的位置，通过与理论计算、现场实测的结果相比较，得出数值模拟、理论分析、现场实测的结果是基本一致的，提出了采场前支承压力的计算方法，对井下工作面超前支护距离设计具有借鉴意义。
关键词：数值模拟；应力峰值；声波测试；支承压力中图分类号：TD76文献标识码：A文章编号：1672-1098(2011)04-0041-05The Evaluation of abutmentstress on LongwallYE Li-ping(School of Energy and Safety, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)Abstract:In order to study abutment stress in mining field, numerical simulation model of coal mining by using FLAC3D was established. Distribution of abutment stress in front of longwall and the position of stress peak appearance were studied. The results showed that the results of numerical simulation, theoretical analysis and in-situ measurement are basically the same. The method of calculation of abutment stress in front of longwall was proposed, which provides reference to advanced support distance design of longwall in deep mines.Key words:Numerical simulation；stress peak；sonic wave test；abutment stress采场前支承压力是影响采煤工作面上、下顺槽合理支护的主控因素，目前关于采场前支承压力的研究，国内外很多专家学者提出了很多研究方法，取得了很多研究成果，但是大多是采用单一的研究手段，还很少有学者对采场前支承压力及应力峰值位置进行系统研究，本文采用数值模拟、理论计算、现场实测的综合研究手段对采场前支承压力以及应力峰值位置进行分析。
标准版《矿山压力与压力控制》课后习题答案
矿山压力与压力控制习题第0章绪论1、顶板事故频繁发生的基本原因是什么?答：顶板事故频繁发生的基本原因是：（1）没有很好地研究和掌握各个具体煤层需要控制的岩层范围及其运动的规律（包括运动发生的时间和条件等），顶板控制设计缺少基础；2）没有深入地研究和掌握各种类型支架的特性，特别是在生产现场所能达到的实际支撑能力。
没有解决好针对具体煤层条件选好和用好支护手段方面的问题；3）没有更好地揭示支架与顶板运动间的关系，达到正确合理的选择控制方案。
2、矿山压力与岩层控制研究的主要任务是什么?答、矿山压力与岩层控制研究的主要任务为：（1）研究随采场推进在其周围煤层及岩层中重新分布的应力（包括应力大小及方向等）及其发展变化的规律。
该应力的存在和变化是煤及岩层变形、破坏和位移的根源，也是采场及周围巷道支架上压力显现的条件。
搞清分布在煤层及各个岩层上的应力状况，揭示它们随采场推进及岩层运动而变化的规律，是采场矿山压力研究的重点。
（2）研究采场支架上显现的压力及其控制方法。
包括压力的来源、压力大小及与上覆岩层运动间的关系、正确的控制设计方法等。
（3）研究在采场周围不同部位开掘和维护的巷道的矿山压力显现及其控制办法。
包括不同时间开掘的巷道压力的来源、巷道支架上显现的压力大小及其影响因素、以及支架与围岩运动间的关系等。
（4）控制采动岩层活动的主要因素分析。
从十分复杂的采动岩层活动中建立采动岩层的结构力学模型，从而展开对采场顶板矿压、采场突水、岩层移动及地表沉陷规律等进行系统描述。
（5）深部开采时采场支承压力分布、岩层结构及运动特点、围岩大变形的控制机制等。
3、矿山压力与岩层控制研究历史上主要存在几种假说？并叙述各假说的内容及优缺点？答：（1）掩护“拱”假说掩护拱假说的基本观点是：①采动形成的工作空间是在一种“拱”的结构掩护之下；② “拱”结构承担上覆岩层的重量，通过拱脚传递到煤层及岩体上的压力及由此在煤及岩体中形成的应力，是煤及岩层破坏的原因，也是“拱”结构本身向外扩展的条件；③采场空间的支护仅承受拱内已破坏岩层的岩重，支架是在由“拱”的结构尺寸所圈定的破碎岩石荷重下工作—即在一定的载荷条件下工作，支架上显现的压力大小与支架本身的力学特性无关。
采场支承压力分布规律的数值模拟研究_司荣军
2007年2月 Rock and Soil Mechanics Feb. 2007收稿日期：2005-03-21 修改稿收到日期：2005-08-19基金项目：矿山灾害预防控制教育部重点建设实验室开放基金项目（No. MDPcob11）资助。
作者简介：司荣军，男，1973年生，博士研究生，主要从事矿山压力与岩层控制、瓦斯煤尘爆炸理论与防治技术研究。
E-mail:sirj73@ 。
文章编号：1000－7598－(2007) 02―0351―04采场支承压力分布规律的数值模拟研究司荣军，王春秋，谭云亮（山东科技大学 矿山灾害预防控制省部共建教育部重点实验室，青岛 266510）摘 要：采用FLAC-3D 软件模拟了在煤层开采过程中采场支承压力的动态变化、依据数值模拟结果，拟合了支承压力集中系数与工作面推进距离的关系曲线。
通过对比分析模拟结果，得出了工作面推进距离和长度及煤层的厚度和埋藏深度对支承压力集中系数和支承压力峰值点距工作面距离的影响程度，进而总结出采场支承压力分布规律，这些规律可为采场巷道维护、防治煤与瓦斯突出和顶煤可放性评价提供依据。
关 键 词：支承压力；数值模拟；工作面长度；工作面推进距离；煤层厚度 中图分类号：TD 35 文献标识码：ANumerical simulation of abutment pressure distribution laws of working facesSI Rong-jun, WANG Chun-qiu, TAN Yun-liang(Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266510, China)Abstract: The dynamic movement of the working face abutment pressure during the coal mining is simulated with the FLAC-3D simulating software. And the curve about the relation between the abutment pressure concentrated coefficient and working face advanced distance is fitted according the simulating results. Contrasting simulation results, the relationships between abutment pressure concentrated coefficient and the distance which distant S meter from the rip with factors such as working face advanced distance, face length, coal seam thickness and buried depth are obtained. Then gained the attribution laws of abutment pressure. Those laws can offer gist for roadway maintenance, coal and gas outburst and caving evaluation of top coal. Key words: abutment pressure; numerical simulation; face length; face advanced distance; thickness of coal1 引 言在煤层开采过程中支承压力引起的采场围岩变形对巷道维护和回采工作面落煤有直接影响，且对冲击地压、煤与瓦斯突出以及顶板的完整性、支架受力大小等也有直接影响，因此采场支承压力分布规律是矿山压力控制的重要研究内容[1]。
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从图 中可以得到采煤工作面前方支承压力 比后方 支承压力大 ， 作面前后 方支承压力 带随着时 间向前 工
Ａ 一原岩应力区；＿应力增高区；．应力降低区； 应力稳定区 Ｂ一 ｃ
图 １ 采煤工作面前后方应力分布
示。可将其分 为应力 降 低 区、 应力 增高 区 （ 支承 压力
煤体 粉砂岩 ２０ ３０ ２ ０ ７０
１０ ７０
８０ ０ ｌ０ １ｏ ｌ０ ２０ ｉ５ ３０
８０ ０
ｌ ３９ ． ３６ ． ４
１５ ．
２ ５ ３ ６ ４ ０ ３ ８
２ ５
１∞ ．
２７ ．Ｏ ２ ６ ．０ ２ ８ ．０
一
作者简介 ： 黄士辉 （ ９ ６一） 男 ， １７ ， 山东滕州 人， 毕业于 山东科技 大
学资源与环境工程学院研究生 。
２１年 期 ００ 第１
互 纠ｌ 娃晨 故
１ １ ５
工 作 面过异 常 区嵌套 超 高 １ 段 技 术研 究 日巷
高 驰
（ 南矿 业 集 团张 集 煤 矿 ， 徽 淮 南 ２ ２０ ） 淮 安 ３０ １
（ ）由于裂隙带内形成 了以煤壁及采空 区垮落带 ３ 为前后支承点的拱式平衡结构 ， 以， 所 采煤工作空间是 处于减压带范围内。
３ 数值 模拟
基本顶 细粒砂岩
直接顶 泥岩
９８ ．
６
．
４． ９４
４ ０．１
２ ５
不稳定到
伪底 泥岩 老底 八灰岩
Ｏ一 ． ０２ ２ ５ ．５
２ ０ ．ｏ
Ｏ ｏ ．３ ｌｌ ｜ １２ ． Ｉ８ ．
０５ ．
３ ２ 模 拟 结 果 分 析 ．
模 型模 拟 了从 开 切 眼 开 始 工 作 面 进 尺 分 别 为 ３ ｍ、０ ５ ｍ、０ ７ ｍ、０ ５ ４ ｍ、０ ６ ｍ、０ ８ ｍ时的顶板沿推进方 向垂 直应力变化情况 ， 同推进度下 工作面前后 支承压力 不
板管理等具体操作 内容。
关键词
综采工作面
异常 区 嵌套超高 旧巷
文献标识码 Ｂ
中图 分 类 号 Ｔ ８３ ８ Ｄ ２ ．９
淮南矿业集团张集 矿 １１８工 作面 长 ２０ 倾角 ４２ ５ ｍ， ８， 。直接 顶为砂 泥岩 ， ３ 老顶 为粉 细砂岩 ， 度为 厚 ｍ， 厚
应用 。
区） 和应力不变 区（ 原岩应力 区） 。其分布特点是 ： （ ）采煤工作面前方煤壁一端几乎支承着采煤工 １ 作空间上方裂 隙带及其上覆 岩层大部分重量 ， 即工作 面前方支承压力远比工作面后方支承压力大。 （ ）工作面煤壁及采空区垮落带是随着时间向前 ２ 移动 的， 因而工 作面前后 方支承压力 带也随着时 间向
Ａ
布规律 ， 分析 了支承压力的动态变化过程 ， 出了工作 面前方应力集 中区范围和工作面后方应力 降低 区范围。 得 关键词 应力集 中区 应力降低 区
中图 分 类 号 Ｔ ３３ Ｄ ２ 文 献标 识码
工作面开采后 ， 在时 间和空 间范 围中， 支承压力及
其显现的变化情况 是十分 复杂 的。长期 以来 ， 大科 广 技工作者通过对采场前方和后方的支承压力 进行 大量 的观测 ， 得出了工作 面前 后方 支承压力 分布规 律。近 年来数值模拟软件在模 拟煤矿 开采影 响方面得到广泛
１０ ２ ３ ．
中等稳定 不稳定 坚固
为 了得到采煤工作面前后支承压力具 体的分 布规 律及各应 力 区 分 布范 围 ， 文利 用 通 用 离散 元 程序 本 ＵＥ Ｄ Ｃ进行数值模 拟 。模 拟在不 同推进 度下 ， 作 面 工 上方直 接顶 中垂直应力 变化情况。
３ １ 模 型建 立 的条件 ． 模型各岩层 物理力学参数见表 ２ 。 表 ２ 煤岩物理力学参数
矿岩 体积模量 剪切模量 内聚力 Ｃ 内摩擦角 密度 抗拉强度
（ Ｐ） （ Ｐ ） （ Ｐ ） Ｍ ａ Ｍ ａ Ｍ ａ 中（ ） 。 （／ ３ （ 且 ｔ ） ｍ ＭＰ ）
２ 采煤 工 作 面 前 后 方 支 承 压 力 分 布 特 征
采煤工作 面前后方支承压力分布形态如图 １ 所
・收稿 日期 ：０９— ４—１ ２０ ０ １
移动 ， 工作面处于应力降低 区内， 随着工作面推进距 离 增加 ， 区矸石逐渐被压实 ， 采空 此时支 承压力重新恢复 到原岩应力状 态 ；－ 面前方为支承压力集 中区 ， ７作 后方 定范 围内为支承压力降低区。前方应力集 中区范围 为 ２ ｍ左右 ， １ 应力降低 区范围为 ４ ｍ左右 。 ０
前移动 。
１ 地质 条件
某矿 １ 煤平 均 全 厚 度 １ ８ ｍ， 均 纯 煤 厚 度 ２ ．５ 平
１５ ｍ， ．５ 硬度系数 ｆ ． 。煤层顶 板为泥 岩 ， ＜１５ 底板为灰 岩 。煤层顶底板情况 如表 １ 所示 。 表 Ｉ 煤层顶底板情 况表
名称 石名称 平均厚度（ ｍ） 抗压强度（ Ｐ ） 稳 定性 Ｍ ａ
１４ １
童娃晨 舛技
２１年 期 ００ 第１
推进 方 向支承 压 力分 布规 律数 值 模拟 研 究
黄士辉 朱永鹏 李东峰 ， ，
（． １ 滕州市煤炭工业局 ， 山东 滕 州 ２ ７ ０ ２ 山东科技 大学， ７ ５０；． 资源与环境工程学院， 山东 青岛 ２ ６ １ ） ６ ５０
摘 要 该文以推进方 向支承压力分布规律为研究对象， 根据具体的地质条件 ， 采用 ＵＤ Ｃ数值模拟的研究方法 ， Ｅ 研究了推进方向支承压力分 支承压力 推进方向 数值模拟
摘
要 张集煤 矿 １ １ ８工作面运输顺槽退尺点 ９ ７ ４２ １ｍ开始 ， 因受落差超过 １ ｍ的大断层 Ｆ 的影响， ０ ８煤 与９—１煤相距太近 ， 致使运输顺槽
出现长达 ２ ｍ 的超高段和近 ７ ｍ的“ 上楼 ” ５ ０ 楼 情形 ， 文介绍 了过异常 区旧巷超 高段接顶 的关键技术 ， 该 包括施工准备 ， 注意事项、 操作方法及顶