全局最优导向模糊布谷鸟搜索算法及应用

第３５卷第５期　辽宁工程技术大学学报（自然科学版）　２０１６年５月　Ｖｏ１．３５　Ｎｏ．５　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＬｉａｏｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　Ｍａｙ　２０１６　韩万东，石健．基于涌山矿石门揭煤地应力数值模拟【Ｊ】．辽宁工程技术大学学报（自然科学版），２０１６，３５（５）：４６４－４６８．　ｄｏｉ：１０．１　１９５６／ｉ．ｉｓｓｎ．１００８　０５６２．２０１６．０５．００４　ＨＡＮ　Ｗａｎｄｏｎｇ，ＳＨＩ　Ｊｉａｎ．Ｃｒｏｓｓ－ｈｏｌｅ　ｅｘｐｏｓｉｎｇ　ｃｏａｌ　ｎｕｍｃｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｙｏｎｇ　ｓｈａｈ　ｍｉｎｅｒＪ１．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ），２０１６，３５（５）：４６４－４６８．ｄｏｉ：１０．１　１９５６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８．０５６２．２０１６．０５．００４　

涌山矿石门揭煤地应力数值模拟　韩万东，石健　（内蒙古科技大学矿业研究院，内蒙古包头０１４０１０）　摘要：针对煤矿石门揭煤突出强度大、破坏性强，对煤矿安全生产潜在威胁较大问题，以涌山矿五煤石门揭煤　过程中巷道应力变化规律为研究对象，采用ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟的方法对石门揭煤过程中地应力的变化情况建立　模拟模型，并对其工作面掘进过程进行数值模拟，分析得到研究成果，得出了揭煤过程中巷道周围应力分布的规　律，有助于预防煤与瓦斯突出事故．　关键词：地应力；突出；应力集中区；卸压；ＦＬＡＣ３Ｄ　中图分类号：ＴＤ　３２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８．０５６２（２０１６）０５．０４６４．０５　

Ｃｒｏｓｓ—ｈｏｌｅ　ｅｘｐｏｓｉｎｇ　ｃｏａｌ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｙｏｎｇｓｈａｎ　ｍｉｎｅ　Ｉ－ＩＡＮ　Ｗａｎｄｏｎｇ，ＳＨＩ　Ｊｉａｎ　（Ｍｉｎｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂａｏｔｏｕ　０１４０１０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｏｃｋ　ｃｒｏｓｓ－ｃｕｔ　ｃｏａｌ　ｕｎｃｏｖｅｒｉｎｇ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｓｔｒｏｎｇ　ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　ｆｏｒｃｅ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｈｉｇｈｌｙ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｔｈｒｅａｔ　ｏｎ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｓａｆｆｙ，Ｓｏ，ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｉｓ　ａｓｐｅｃｔ　ｈａｓ　ｇｒｅａｔ　ｐｒａｔｉｃａｌ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｖａｌｕｅ．Ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｒｕｌｅ　ｏｆ　ｌａｎｅｗａｙ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｍｃｋ　ｃｒｏｓｓ—ｃｕｔ　ｃｏａｌ　ｕｎｃｏｖｅｒｉｎｇ　ｉｎ　Ｙｏｎｇｓｈａｎ　Ｍｉｎｅ．ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｄｏｐｔｅｄ　ＦＬＡＣ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆｔｈｅ　ｌａｎｅｗａｙ　ｓｔｒｅｓｓｃｈａｎｇｉｎｇ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｒｏｃｋｃｒｏｓｓ－ｃｕｔｃｏａｌｕｎｃｏｖｅｒｉｎｇａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｆａｃｅ　ｄｉｇｇｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｒｕｌｅｓ　ｏｆ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｒｏｕｎｄ　ｔｈｅ　ｌａｎｅｗａｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆｃｏａｌ　ｕｎｃｏｖｅｒｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓ　ｔｏ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏａｌ　ａｎｄ　ｇａｓ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｈａｓｉｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｎｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇａｃｃｉｄｅｎｔｓｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｔｈｉｓｍｉｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｒｅｓｓ；ｏｕｔｂｕｒｓｔ；ｓｔｒｅｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｒｅａ；ｕｎｌｏａｄｉｎｇ；ＦＬＡＣ　

０　引言　地应力是诱发煤与瓦斯突出的关键性因素，研　究石门揭煤工作面前方地应力的变化情况对于采　取相关措施预防突出具有重要的意义【ｌ】．掘进工作　面前方一般都会产生应力集中区，由于突出煤体相　对较松软，了解掘进头接近煤体过程中地应力变化　规律，可以提前预测煤体的应力集中情况，对于采　取有效的卸压措施有一定指导作用　】．运用　ＦＬＡＣ３Ｄ软件对涌山煤矿３６采区主采煤层五煤的　石门揭煤过程中的地应力变化情况进行模拟，以期　能够了解涌山煤矿在石门揭煤突出过程中应力变　

化的规律，从而分析石门揭煤煤与瓦斯突出中地应　力的作用，为下一步突出的预防工作服　们．　

１建立模型　根据涌山矿的实际情况，做如下假设：层状岩　体具有弹塑性，各层皆为均质连续体；不考虑温度　场、瓦斯压力对模拟结果的影响；模型四周位置空　间不变，底部边界固定，考虑上覆岩层的重量．　根据３６采区岩层综合柱状图，建立三维矩形　模型，模型岩层与巷道所在实际岩层一致，煤层倾　角取７０ｏ．考虑边界效应，取足够大的模型尺寸，长　度取７０　ｍ，宽度取４８　ｍ，高度取５０　ｍ，共划分网　

收稿日期：２０１５—０３—２３　作者简介：韩万东（１９６２一）男，吉林四平人，教授，主要从事露天采矿技术及应用方面的研究．本文编校：史庆华　

辽宁工程技术大学（自然科学版）网址：ｈｔｔｐ：／／２０２．１９９．２２４．１５８／ｈｔｔｐ：／／ｘｕｅｂａｏ．１ｎｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／　４６８　辽宁工程技术大学学报（自然科学版）　第３５卷　出，要求矿井在石门揭开煤层后，除应及时搞好石　门过煤段的支护，背严实好顶帮外，还应及时向石　门四周的煤层施工好瓦斯抽放钻孔，及时卸放石门　四周的煤层瓦斯压力，或及时注射凝固剂将石门四　周的煤层凝固．　

５　结论　（１）通过开挖过程中巷道顶前方和巷道周围岩　体地应力的变化情况，可以分析在煤与瓦斯突出中　地应力所起的关键性作用．　（２）涌山矿五煤石门揭煤过程中的模拟研究得　出：在揭煤巷道前方２～５　ｍ出现应力集中，越靠近　煤层集中应力越大，揭煤时最大达到２２．５　ＭＰａ，集中　系数为１．５．　（３）在巷道两侧３～８　ｍ出现集中应力，且随巷　道推进不断增大，揭煤时最大达到２　１．２　ＭＰａ，致使巷　道破坏严重．　

参考文献：　【１］张铁岗．矿井瓦斯综合治理技术［Ｍ】＿ｊ　京：煤炭工业出版社，２００１：２１．　ＺＨＡＮＧ　Ｔｉｅｇａｎｇ．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　Ｇａｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｅ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ，２００１：２１．　【２】陈裕佳．石门揭煤突出危险性预测方法研究［Ｄ】．徐州：中国矿业大　学。２０１０．　ＣＨＥＮ　Ｙｕｊｉａ．ｃｒｏｓｓ－ｈｏｌｅ　ｃｏａｌ　ｓｅａｌｓ　ｏｕｔｂｕｒｓｔ　ｄａｎｇｅｒ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　【Ｄ】．Ｘｕｚｈｏｕ：Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＭｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０．　［３】王永祥，杜卫新．煤与瓦斯突出机理研究进展【Ｊ】．煤炭技术，　２００８（８）：８９－９１．　ＷＡＮＧ　Ｙｏｎｇｘｉａｎｇ，ＤＵ　Ｗｅｉｘｉｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｆｏｒ　Ｃｏａｌ　ａｎｄ　Ｇａｓ　Ｏｕｔｂｕｒｓｔ［Ｊ］．Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８（８）：８９—９１．　

【４］陈庚，徐涛，唐春安，ＲＡＮＪＩＴＨ　Ｐ　Ｇ．地应力对水压致裂裂纹扩展影响的　数值模拟【Ｊ】．辽宁工程技术大学学报（自然科学版），２０１３，３２（１）：　ｌ１５．１ｌ８．　ＣＨＥＮＣ，ａｎｇ，ＸＵＴａｏ，ＴＡＮＧＣｈｍｍ，ｇＡＮＪｒｒｎ　ＰＧ．Ｎｕｍｅｔｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｆｒａｇｔｕｒｉｎｇ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｎ　ｃｒａｃｋ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＬｉａｏｎｉｎｇＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ），２０１３，３２（１）：１１５－１１８．　［５】张建华，夏岸雄，王涛．ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟在路基施工中的应用［Ｊ］．辽宁　工程技术大学学报（自然科学版），２０１３，３２（１１）：ｌ　４４７—１　４５２．　ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｎｈｕａ，ＸＩＡ　Ａｎｘｉｏｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｔａｎ．Ａａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＦＬＡＣ３Ｄ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎ　ｔｈｅ　ｒｏａｄｂｅｄ　ｃｏｎｓ￣ｏｎ［ＹＪ．Ｊｏｕｍａｌ　ｏｆ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｔｅｃｌａｆｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｍａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ），２０１３，３２（１１）：１　４７一ｌ　４５２．　［６］高光发．煤与瓦斯突出机理研究的现状及相关问题探讨［Ｊ】．能源技术　与管理。２００６（５）：１．２．　ＧＡＯ　Ｇｕａｎｇｆａ．Ｃｏａｌ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｏｕｔｂｕｒｓｔ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ【Ｊ】．Ｅｎｅｒｇｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２００６　（５）：ｌ・２．　［７】Ｃｚａｐｌｉｎｓｋｉｅｔａ１．Ｅｘｐｏｎｓｉａｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈａｒｄ　ｃｏａｌｓ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｌｉｇｈｔ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｓｏ－ｒｐｔｉｏｎ　ｏｆｍｅｔｈａｎｅ［Ｊ］．ＵＣＡ，１９９７（１８）．２０—２１．　［８】于不凡．煤和瓦斯突出机理［Ｍ】．北京：煤炭工业出版社，１９８５．　ＹＵ　Ｂｕｆａｎ．Ｃｏａｌ　ａｎｄ　Ｇａｓ　Ｏｕｔｂｕｒｓｔ　Ｐｒｅｓｓ，１９８５．　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　

［９】蒋承林，俞启香．煤与瓦斯突出的球壳失稳机理及防治技术［Ｍ】．徐州：　中国矿业大学出版社，１９９８．　ＪＩＡＮＧ　Ｃｈｅｎｇｌｉｎ．Ｙｕ　Ｑｉｘｉａｎｇ．Ｔｈｅ　Ｓｈｅｌｌ　Ｏｆ　Ｃｏａｌ　Ａｎｄ　Ｇａｓ　Ｏｕｔｂｕｒｓｔ　Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　Ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｍ］．Ｘｕｚｈｏｕ：Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＭｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｐｒｅｓｓ，１９９８．　［１０】周世宁，何学秋．煤和瓦斯突出机理的流变假说［Ｊ】．中国矿业大学学　报，１９９０，１９（２）：１－７．　ＺＨＯＵ　Ｓｈｉｎｉｎｇ，ＨＥ　Ｘｕｅｑｉｕ．Ｃｏａｌ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｏｕｔｂｕｒｓｔ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９０，１９（２）：１－７．