沿空留巷巷旁充填体宽度计算与分析

第２１卷第２期　安徽　建筑工业学院　学报（自然科学版）　Ｖｏ１．２１　Ｎｏ．２　２０１３年４月　Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｏ　ｆ　Ａｎｈｕｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ａｐｒ．２０１３　沿空留巷巷旁充填体宽度计算与分析　武继雷　（安徽建筑工业学院土木工程学院，安徽合肥２３０６０１）　摘要：采用沿空留巷技术是目前解决高瓦斯深井开采难题的关键技术，而充填体是沿空留巷围岩结构的一　个重要组成部分，其稳定特性直接影响着巷道整体的稳定性，关系高瓦斯深井开采的成功与否。因此，确定　合理的巷旁充填体宽度也成为沿空留巷成功的关键因素之一。本文以谢桥煤矿１１４２６工作面沿空留巷为工　程背景，采用理论计算和数值模拟相结合的方法分析了巷旁充填体宽度对巷道围岩受力规律的影响，为今后　类似工程提供技术依据。　关键词：沿空留巷；充填体宽度；理论计算；数值模拟　中图分类号：ＴＤ３５３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４５４０（２０１３）０２－０５３－０５　Ｓｔｏｗｉｎｇ　ｂｏｄｙ’Ｓ　ｗｉｄｔｈ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｌｏｎｇ　ｓｉｄｅ　ｏｆ　ｇａｔｅｗａｙ　ｒｅｔａｉｎｅｄ　ｇｏａｆ　ＷＵ　Ｊｉ—ｌｅｉ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ａｎｈｕｉ　Ｈｅｆｅｉ　２３０６０１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇａｔｅｗａｙ　ｒｅｔａｉｎｅｄ　ｇｏａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ａ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｈｉｇｈ　ｇａｓ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｎ　ｄｅｅｐ　ｍｉｎ—　ｉｎｇ．Ｓｔｏｗｉｎｇ　ｂｏｄｙ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｏｃｋ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｇａｔｅｗａｙ　ｒｅｔａｉｎｅｄ　ｇｏａｆ，ｉｔｓ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ａ　ｄｉｒｅｃｔ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｒｏａｄｗａｙ，ａｎｄ　ｉｍｐａｃｔ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ　ｍｉｎｉｎｇ’Ｓ　ｓｕｃｃｅｓｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｇａｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｏ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｗｉｄｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｏｗｉｎｇ　ｂｏｄｙ　ａｌｓｏ　ｂｅ—　ｃｏｍｅ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇａｔｅｗａｙ　ｒｅｔａｉｎｅｄ　ｇｏａ１．Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｆａｃｅ　ｔｏ　Ｘｉｅｑｉａｏ　１　１４２６　Ｍｉｎｅ　ｇａｔｅ—　ｗａｙ　ｒｅｔａｉｎｅｄ　ｇｏａｌ’Ｓ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｈｅ　ｆｏｒｃｅ　ｌａｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｂｙ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎｄ　ｎｕ—　ｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｆｕｔｕｒｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｐｒｏｊ　ｅｃｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇａｔｅｗａｙ　ｒｅｔａｉｎｅｄ　ａｌｏｎｇ　ｇｏａｆ；ｓｔｏｗｉｎｇ　ｂｏｄｙ’Ｓ　ｗｉｄｔｈ；ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ；ｎｕｍｅｒｉａｃｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　１　引　１＝１　２巷旁充填体宽度理论分析　巷旁充填体宽度的确定是沿空留巷技术成功　沿空留巷的左右两侧分别是煤帮和充填体，　应用的关键因素之一，充填体的稳定直接影响着　其上部载荷岩层在垮落稳定后，与基本顶岩层形　巷道的整体稳定［１ｑ］。本文以淮南谢桥煤矿　成铰接的平衡结构，如图１所示。关键块Ｂ为上　１１４２６工作面沿空留巷为工程背景，采用理论分　区段工作面采空侧的弧形结构，位于沿空留巷的　析和数值模拟相结合的方法，探讨充填体宽度对　上方，对沿空留巷上覆岩层稳定性起重要作用，关　巷道围岩垂直应力、水平应力、塑性区以及锚杆轴　键块Ａ为本区段的基本顶岩层，位于工作面上　向应力的影响，进而确定巷旁充填体的合理宽度。　方，而关键块Ｃ是上区段工作面采场中的断　收稿日期：２０１３—０２—１０　作者简介：武继雷（１９８７一），硕士研究生，主要研究方向为地下结构工程。　５４　安徽建筑工业学院学报（自然科学版）　第２ｌ卷　裂块。　图１沿空留巷顶板岩层结构模型　２．１关键块Ｂ的稳定性判别　由砌体梁结构的“Ｓ—Ｒ”稳定性理论＿４］可知，　关键块Ａ和关键块Ｃ对关键块Ｂ的稳定性有一　定的影响，且关键块Ｂ受其转角影响主要有两种　失稳方式，在转角较小时容易发生滑落失稳，在转　角较大时发生挤压变形失稳。为防止关键块Ｂ　发生失稳，须满足下列条件＿５］：　（１）防止滑落失稳，需满足　ｔａｎ（　一　）　＞ＦＡＢ　令　Ｋ　一　）　得到滑落失稳系数Ｋ　。　其中：　为关键块Ａ对关键块Ｂ的水平力；　为岩块接触面之间的摩擦角；卢为为岩层破　断角；　（２）防止挤压变形失稳，须满足Ｔ彻＜ｚｓ　令　Ｋ２一　（２）　３　得到挤压变形失稳系数Ｋ　。　其中：　为关键块的抗压强度；　为关键块间　的接触系数；　当Ｋ　一１且Ｋｚ＜１，关键块Ｂ不会发生失　稳，其中Ｋ　、Ｋ　的值越小，关键块Ｂ的稳定性越　好；当Ｋ　一１或Ｋｚ一１时，此时的关键块Ｂ处于　临界失稳状态；当Ｋ　ｄＯ且Ｋ。ｄＯ时，关键块Ｂ　处于稳定状态，且由于Ｔ舳ｄＯ，说明此时关键块　Ｂ不需要关键块Ａ提供水平力ＴＡＢ也能保持　平衡。　２．２巷旁充填体宽度计算　沿空留巷期间关键块Ｂ主要以挤压变形失　稳为主，因此令Ｋ　一１，可求得不发生挤压变形失　稳的巷旁支护阻力为　一击｛吉Ｆ　一（ＭＢ＋Ｒ　＋Ｒ　＋尺ｃ—ＲＨ）　＋　１（Ｌ　ｓｉ　一２ｈ）ｌｓ　ｊ　（３）　ｌＰｏ－一志（（Ｘｏ＋ａｌ＋　３ｍ（ｘｏ￣ａ１）。）　１ｌ＋　（Ｐ１一　。＋口（ｚ。　＋口＋６　　＋６　）　一（ｚ。＋＆　）２）　其中上式中，　，ＦＺ，ＲＨ所产生的围岩载荷需要　充填体提供支护阻力来平衡；ＦＡＢ，　，Ｒ　，Ｒ　，　帮助充填体承载。　令　一是　户ｄ　（４）　其中：ｋ　为安全系数；　为１ｄ龄期的巷旁充填体　强度值（ＭＰａ）。　根据式（３）和（４），可得到充填体宽度ｂ　的计　算式。　结合工程实例，得到巷旁支护阻力与充填体　宽度的关系曲线，见图２。　充填体览展（ｍ１　图２巷旁支护阻力与充填体宽度的关系　谢桥煤矿１１４２６工作面基本计算参数如下：　ｈｄ一３．７ｍ，ｍ一２．５８ｍ，ｋ一１．２５，ｌ＝＝＝２０．０　ｒｎ，ｌｌ一　４．０ｍ，ａ１＝５．０，伽＝＝＝３５。，　一０．３、０—５。，Ｏ＇ｃ　一３２．８ＭＰａ。　在实验室对充填体１ｄ龄期的抗压强度进行　测试，得到Ｐ　一３．０ＭＰａ，并取安全系数忌　一１．２，　代人充填体宽度计算式，则得到合理的巷旁充填　体宽度ｂｌ一３．０ｍ。　３巷旁充填体宽度的数值计算　３．１模型的建立　本文运用ＦＬＡＣ　３Ｄ数值计算软件对谢桥煤　矿１１４２６工作面沿空留巷进行数值模拟，根据实　际围岩物理力学参数和岩层综合柱状图建立起数　值计算的模型，模型尺寸为ｚ×　×　一１５０ｍ×　１２０ｍＸ　２０ｍ，巷道为直墙半圆拱断面，尺寸为宽　×高一５．０ｍＸ　３．７００ｍ。模型左右前后及下部边