基于FLAC3D的强动压影响巷道应力场数值模拟与分析

摘 要：通过对中煤平朔井工一矿受强动压影响巷道19109辅运顺槽进行围岩应力测试，采用FLAC3D软件进行数值模拟分析，结果表明：19109辅运巷掘进时巷道围岩应力受19108工作面回采动压影响明显，19108工作面回采时，垂直应力增高区主要集中在工作面后方两侧及工作面正前方一定范围，并随工作面回采，煤柱应力持续增加。

关键词：强动压;应力场;数值模拟;回采动压

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.079

平朔井工一矿19109辅运顺槽邻近19108工作面，煤柱宽度20m，19108工作面正在回采，为确保采掘接续，19109辅运顺槽掘进与19108工作面回采形成“对掘”，因此19109辅运顺槽受到强烈的动压影响，主要表现为巷道底鼓和煤帮煤体片落，同时在距离巷道开口1051～1642.5m范围为普23孔背斜-向斜构造影响区域，巷道掘进时同样将面临巷道支护问题。因此研究工作面回采期间临近巷道围岩应力场变化具有重要的现实意义。

1 数值计算建模

此次建模依据矿井实际地质状况，利用三维直角坐标系，XY平面定义为水平面（X轴正向水平向右，Y轴正向垂直向内），Z轴为垂直方向（规定向上为正）。模型以数值计算为主，划分共计173850个单元，184512个节点。定义三维模型的边界条件为：四周采用铰支，底部采用固支，上部为自由边界。按地质力学实测数值施加初始应力。数值计算中，模拟了19109辅运巷、19108主运巷掘进及19108工作面回采对各条巷道围岩应力和变形的影响情况。

2 模拟计算及分析

2.1 巷道掘进期间模拟计算结果及分析

通过FLAC3D建模，计算19109辅运巷与19108主运巷掘进期间，煤柱内部及巷道围岩应力分布情况如下图。

由上图可知，19109辅运巷和19108主运巷掘进后，巷道围岩垂直应力存在叠加，煤柱间垂直应力最大可达13.05MPa，巷道顶板最大下沉量据现场观测为11.1mm，最大底鼓量25.3mm;水平应力集中区域分布于巷道的顶板和底板，最大水平应力值为27.43MPa，两帮最大变形量据现场观测为35.5mm。

2.2 工作面回采期间模拟计算结果及分析

模拟假设：19109辅运巷已完成掘进，19108工作面正在回采。

由模拟计算结果可知，19108工作面回采期间，煤柱、工作面超前支护及巷道围岩承压分布及变化情况如下图。

由图可知，随着19108工作面回采，煤柱、工作面超前支护及巷道围岩应力变化明显，应力集中明显，受回采影响，工作面前方20m范围受应力变化明显。

分析可知，位于工作面后方10m、5m处，最大垂直应力分布在煤柱内部靠近工作面一侧（分别为51.85MPa、44.55MPa）。在工作面前方，应力集中区域明显改变为工作面前方煤岩体中，前方5m、10m处，最大垂直应力分别达45.24MPa和26.06MPa。

而水平应力集中分布于煤柱靠近工作面一侧的上方顶板处，最大达53.14MPa。工作面回采后，主应力主要集中于煤柱内部，受采动影响和应力集中系数的增加，19109辅运巷围岩变形量增大，现场数据显示，巷道顶板最大下沉量12.62mm，最大底鼓量108.51mm，靠近采空区一侧巷帮变形为91.31mm，远离采空区一侧巷帮变形为37.90mm。

3 结语

19109辅运巷掘进时，垂直应力出现叠加现象，而随着19108工作面回采，19109辅运巷受回采动压影响明显，垂直应力增高区主要集中在工作面后方两侧及工作面正前方一定范围，而水平应力集中分布于煤柱靠近工作面一侧的上方顶板处，并随工作面回采，煤柱应力持续增加。这就为我们现场支护提供了科学依据和参考，对支护参数的优化设计具有指导意义。

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作者简介：徐晓煜（1986-），男，山西朔州人，本科，工程师，研究方向：采矿工程管理，从事矿井开采与通风管理工作。