巷道不同開(kāi)挖角度下地應(yīng)力分布演化規(guī)律探究

　　摘要： 為探究巷道不同開(kāi)挖角度下地應(yīng)力的分布演化規(guī)律，本文以某煤礦回風(fēng)巷為背景，采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與FLAC3D數(shù)值模擬相結(jié)合的手段探究巷道不同角度開(kāi)挖條件下地應(yīng)力分布演化規(guī)律。研究結(jié)果表明，最大水平應(yīng)力對(duì)巷道的影響主要與巷道的夾角大小有一定關(guān)系。
　　Abstract： In order to explore the distribution and evolution rule of crustal stress under different excavation angles， based on the background of a coal mine"s return roadway， the evolution law of crustal stress under different excavation conditions is explored by means of theoretical analysis， field measurement and FLAC3D numerical simulation. The results show that the influence of the maximum horizontal stress on the roadway is mainly related to the angle of the roadway.
　　關(guān)鍵詞： 垂直應(yīng)力；最大水平應(yīng)力；數(shù)值模擬；演化規(guī)律
　　Key words： vertical stress；maximum horizontal stress；numerical simulation；evolution law
　　中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）14-0153-03

0 引言

　　隨著社會(huì)對(duì)煤炭一次性資源的需求不斷增大，煤礦開(kāi)采的深度呈遞增趨勢(shì)，深部礦井的開(kāi)采勢(shì)必會(huì)造成巷道應(yīng)力的增加[1]，影響巷道的支護(hù)方式和圍巖穩(wěn)定性，有突出危險(xiǎn)性的煤、巖巷更要應(yīng)著重考慮圍巖應(yīng)力的增大對(duì)突出的影響[2]。因此，開(kāi)展巷道地應(yīng)力實(shí)測(cè)及分布變化演化規(guī)律研究，對(duì)選擇巷道支護(hù)設(shè)計(jì)、選擇具有重要意義[3]。本論文結(jié)合某礦回風(fēng)巷實(shí)際地質(zhì)地貌進(jìn)行了地應(yīng)力測(cè)試。

1 工程概況

　　該礦隸屬于冀中能源集團(tuán)，根據(jù)該礦現(xiàn)有開(kāi)拓水平的采掘和地質(zhì)條件，決定在回風(fēng)巷2#鉆場(chǎng)附近運(yùn)用應(yīng)力解除法進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量工作，編號(hào)分別為TY-1和TY-2。TY-1測(cè)點(diǎn)位于回風(fēng)巷內(nèi)，北距2#鉆場(chǎng)50m，在巷道左幫開(kāi)孔。地應(yīng)力傳感器安裝在頂板粉砂巖內(nèi)，鉆孔以仰角18°，方位角110°施工，導(dǎo)孔的直徑為113mm，鉆進(jìn)長(zhǎng)度為10.80m，地應(yīng)力傳感器安裝孔直徑38mm，長(zhǎng)度為0.47m，應(yīng)力傳感器安裝深度11.05m。TY-2測(cè)點(diǎn)位于回風(fēng)巷2#鉆場(chǎng)內(nèi)，在巷道左幫2#鉆場(chǎng)內(nèi)開(kāi)孔。地應(yīng)力傳感器安裝在頂板粉砂巖內(nèi)，鉆孔以仰角19°，方位角115°施工，導(dǎo)孔的直徑為113mm，鉆進(jìn)長(zhǎng)度為11.10m，地應(yīng)力傳感器安裝孔直徑38mm，長(zhǎng)度為0.47m，應(yīng)力傳感器安裝深度11.35m。

2 地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果及分析

　　2.1 TY-1地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果
　　TY-1測(cè)點(diǎn)應(yīng)力解除曲線圖顯示，應(yīng)力計(jì)的12個(gè)應(yīng)變片工作正常，因此可通過(guò)應(yīng)變片的多種不同組合來(lái)相互驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果，從而可獲得最可靠的測(cè)量結(jié)果。應(yīng)力解除過(guò)程中，取芯鉆桿每前進(jìn)2cm采集一次，每孔采集20～25次。從應(yīng)變變化曲線判斷各個(gè)應(yīng)變片（每個(gè)通道代表一個(gè)應(yīng)變片）的工作情況。應(yīng)變片工作正常時(shí)最終各條曲線都將趨于平穩(wěn)，可作為計(jì)算地應(yīng)力的數(shù)據(jù)。進(jìn)行套心應(yīng)力解除后，對(duì)取出的巖心在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行巖石力學(xué)測(cè)試，測(cè)試巖石的彈性模量和泊松比參數(shù)，并結(jié)合應(yīng)力解除數(shù)據(jù)計(jì)算地應(yīng)力結(jié)果見(jiàn)表1。
　　2.2 TY-2地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果
　　TY-2測(cè)點(diǎn)應(yīng)力解除曲線圖可以看出，在應(yīng)力解除初期，應(yīng)變片未受應(yīng)力解除影響，其應(yīng)變值未有變化。當(dāng)應(yīng)力解除達(dá)到30cm后，巖體應(yīng)力受巖心筒擾動(dòng)影響，開(kāi)始發(fā)生應(yīng)力釋放，當(dāng)應(yīng)力解除達(dá)到45cm后，巖體應(yīng)力基本結(jié)束，各應(yīng)變片應(yīng)變值未有劇烈變化發(fā)生。
　　在應(yīng)力解除過(guò)程中，7#和10#應(yīng)變片與由于其他原因出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集不連續(xù)、沒(méi)有數(shù)據(jù)等現(xiàn)象，故計(jì)算時(shí)將其兩組數(shù)據(jù)舍去。進(jìn)行套心應(yīng)力解除后，對(duì)取出的巖心在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行巖石力學(xué)測(cè)試，測(cè)試巖石的彈性模量和泊松比參數(shù)，并結(jié)合應(yīng)力解除數(shù)據(jù)計(jì)算地應(yīng)力結(jié)果。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

3 Flac3D數(shù)值模擬

　　3.1 模型建立
　　根據(jù)回風(fēng)巷煤巖層柱狀圖，建立掘進(jìn)工作面的三維計(jì)算模型，模型范圍長(zhǎng)×寬×高為30m×50m×41.2m，共44950個(gè)單元網(wǎng)格，48960個(gè)節(jié)點(diǎn)。在模型垂直方向上，煤層及其直接頂、老頂、直接底、老底等巖層均按實(shí)際厚度進(jìn)行模擬，根據(jù)煤層頂?shù)装宓膰鷰r力學(xué)特征分析，為減小模型邊界效應(yīng)的影響，模型高度取41.2m[4]。力學(xué)模型如圖3所示。
　　3.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析
　　針對(duì)地應(yīng)力與巷道不同角度下圍巖垂直應(yīng)力場(chǎng)及地應(yīng)力與巷道不同角度下圍巖水平應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比研究分析如圖4。

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