表 １㊀ 各岩层物理力学参数
岩性 粗粒砂岩 砂质泥岩 粉砂岩 粉砂岩 ５－１ 煤 泥岩 砂质泥岩 ５－２ 煤 泥岩 砂质泥岩 粉砂岩 泥岩 砂质泥岩 粉砂岩 泥岩 砂质泥岩 砂岩 ８煤 ７煤 厚度 / ｍ ７ 体积模 １１ １６ ２０ ２０ ８ ６ ８ ６ 剪切模 ９ 量 / ＧＰａ 量 / ＧＰａ ( ｋｇ������ｍ －３ ) 角 / ( ʎ) １２ １６ １６ ６ ５ ６ ５ ２ ６００ ２ ５００ ２ ６００ ２ ６００ １ ４００ ２ ３００ ２ ５００ １ ４００ ２ ３００ ２ ５００ ２ ６００ ２ ３００ ２ ５００ ２ ６００ １ ４００ ２ ３００ ２ ５００ １ ４００ ２ ６５０ ３６ ３２ ３３ ３３ ２８ ２８ ３２ ２８ ２８ ３２ ３３ ２８ ３２ ３３ ２８ ２８ ３２ ２８ ３８ 密度 / 内摩擦 黏聚力 / ＭＰａ ４.０ ３.５ ６.０ ６.０ １.５ ４.０ ３.５ １.５ ４.０ ３.５ ６.０ ４.０ ３.５ ６.０ １.５ ４.０ ３.５ １.５ ７.０
８１０５ 工作面东部为曹家村煤柱ꎬ 南部为 ８１０４ 采空 ８ 号煤层厚度 ５������ ４４ ~ ７������ ９６ ｍꎬ平均 ５������ ９０ ｍꎬ平均倾角 为 ４ʎꎬ普氏系数 ２ ~ ３ꎬ赋存稳定ꎮ ８ 号煤层伪顶为平 均厚 １������ ８５ ｍ 的泥岩ꎻ 直接顶为灰黑色泥岩㊁ 砂质泥 岩夹粉 ~ 细粒砂岩ꎬ厚度 ０ ~ ６������ ５５ ｍꎬ平均 ３������ ５５ ｍꎬ为 易冒落的软弱不稳定顶板ꎻ 基本顶为中 ~ 细粒粉砂 １０������ ６１ ｍꎻ 直接底为灰褐色铝土质泥岩ꎬ 厚度 ０������ ７１ ~ ２������ ２㊀ 模型的建立及模拟方案 岩ꎬ属 软 弱 ~ 中 等 坚 硬 的 较 稳 定 顶 板ꎬ 平 均 厚 度 １６������ ０１ ｍꎬ 平均厚 ２������ １０ ｍꎬ 为中等坚硬的较稳 定 底
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｎａｒｒｏｗ Ｃｏａｌ Ｐｉｌｌａｒ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ Ｍａｉｎ Ｒｏｏｆ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｇｏｂ － Ｓｉｄｅ Ｒｏａｄｗａｙ
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｓｔｅｒ ｔｈｅ ｌａｗ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｏｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｎａｒｒｏｗ ｃｏａｌ ｐｉｌｌａｒꎬｔｈｅ ｒｏｃｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｇｏｂ－ｓｉｄｅ ｅｎｔｒｙ ｄｒｉｖｉｎｇ ｗａｓ ｂｕｉｌｔꎬｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｍａｉｎ ｒｏｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ. Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｍａｎｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ ｐｉｌｌａｒ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｉｎ ｇｏｂ－ｓｉｄｅ ｒｏａｄｗａｙ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｏｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｄｉｆｆｅｒ￣ ｅｎｔ.Ｉｔ ｗａｓ ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ ｔｏ ｒｏａｄｗａｙ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｉｆ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｌｉｎｅ ｗａｓ ｒｉｇｈｔ ａｂｏｖｅ ｇｏｂ－ｓｉｄｅ ｒｏａｄｗａｙꎻｉｔ ｗａｓ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｔｏ ｒｏａｄｗａｙ ｍａｉｎｔｅ￣ Ｙａｎｊｉａｈｅ Ｍｉｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｏｂ－ｅｄｇｅ ｗａｓ ８.５ ｍꎬｃｏａｌ ｐｉｌｌａｒ ｗｉｄｔｈ ｗａｓ ６.５ ｍꎬｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｒｏｏｆ－ｔｏ－ｆｌｏｏｒ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｗａｓ ４２０ ｍｍꎬｔｈｅ ｍａｘｉ￣ ｍｕｍ ｒｉｂ－ｔｏ－ｒｉｂ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｗａｓ ６００ ｍｍꎬｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｇｏｂ－ｓｉｄｅ ｒｏａｄｗａｙ ｗａｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｍａｉｎ ｒｏｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｌｉｎｅꎻｎａｒｒｏｗ ｃｏａｌ ｐｉｌｌａｒꎻｇｏｂ－ｓｉｄｅ ｅｎｔｒｙ ｄｒｉｖｉｎｇꎻｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｎａｎｃｅ ｉｆ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｌｉｎｅ ｗａｓ ｏｕｔｓｉｄｅ ｏｆ ｃｏａｌ ｐｉｌｌａｒ.Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｌｉｎｅ ｏｆ Ｎｏ.８１０５ ｈｅａｄｅｎｔｒｙ ｉｎ
１９
２０１４ 年第 ２ 期
煤炭科学技术
第 ４２ 卷
过非线性数值计算软件 ＵＤＥＣ 模拟分析沿空巷道基 本顶断裂结构对窄煤柱稳定性的影响ꎬ 以及现场探 测沿空巷道上覆基本顶的断裂结构ꎬ 确定断裂线位 置ꎬ以期确定合理的沿空掘巷位置ꎮ
落下沉ꎬ导致与上位基本顶发生离层ꎬ基本顶在直接 顶垮落后ꎬ发生断裂㊁回转和下沉ꎮ 取垂直于工作面 推进方向 的 剖 面ꎬ 发 现 基 本 顶 最 终 形 成 砌 体 梁 结 构 [１１－１４] ꎮ 该断裂结构形式与基本顶㊁ 直接顶㊁ 煤层 三者的厚度和力学性质有关ꎬ同时也与采深㊁原岩应 力状态㊁采高等因素有关ꎮ 受上述各因素的影响ꎬ沿 基本顶断裂线位置分别位于窄煤柱外侧㊁ 巷道正上 方㊁实体煤壁内侧ꎬ分别如图 １ 所示ꎮ 空巷道上覆基本顶断裂结构形式 ３ 种基本形式 [１０] :
知ꎬ基本顶在煤柱外侧 ４ ｍ 处断开ꎬ在实体煤壁内未 断开ꎻ窄煤柱正上方测线 Ⅰ 与巷道正上方测线 Ⅱ 之 间的合位移为 ０������ ７ ~ ０������ ５ ｍꎻ 巷道正上方测线 Ⅱ 与实 体煤壁内 ５ ｍ 测线Ⅲ之间合位移为 ０������ ５ ~ ０������ ２ ｍꎮ 基 本顶断裂回转过程中ꎬ 测线 Ⅰ 匀ꎬ围岩相互挤压并保持同步下沉ꎮ 此时围岩可锚 性好ꎬ锚杆支护系统自稳性好ꎬ围岩支护效果良好ꎮ
１６
１２
１６ ２０ １６ ２０ ８ ６ ８ ６
１２ １６ １２ １６ ６ ５ ６ ５
１６ １２
１２ １０
ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇ￣ｓｈｅｎｇ １ ꎬＬＩ Ｓｈｕ￣ｇａｎｇ １ ꎬＺＨＡＮＧ Ｘｉｎ￣ｚｈｉ ２ ꎬＷＵ Ｌｉｎ￣ｚｉ １ꎬ２ ꎬＤＯＮＧ Ｙｏｎｇ￣ｊｉａｎ ２ ꎬＳＨＵＡＮＧ Ｈａｉ￣ｑｉｎｇ １
(１.Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＸｉ̓ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＸｉ̓ａｎ㊀ ７１００５４ꎬＣｈｉｎａꎻ ２.Ｘｕｎｙｉ Ｃｏｕｎｔｙ Ｚｈｏｎｇｄａ Ｙａｎｊｉａｈｅ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ Ｌｉｍｉｔｅｄ ＣｏｍｐａｎｙꎬＸｕｎｙｉ㊀ ７１１３００ꎬＣｈｉｎａ)
引用格式:王红胜ꎬ李树刚ꎬ张新志ꎬ等. 沿空巷道基本顶断裂结构影响窄煤柱稳定性分析[ Ｊ] . 煤炭科学技术ꎬ２０１４ꎬ４２(２) :１９－２２. Ｇｏｂ－Ｓｉｄｅ Ｒｏａｄｗａｙ[ Ｊ] .Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４ꎬ４２(２) :１９－２２.
ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇ￣ｓｈｅｎｇꎬＬＩ Ｓｈｕ￣ｇａｎｇꎬＺＨＡＮＧ Ｘｉｎ￣ｚｈｉꎬｅｔ ａｌ.Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｎａｒｒｏｗ Ｃｏａｌ Ｐｉｌｌａｒ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ Ｍａｉｎ Ｒｏｏｆ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ
㊀ 第 ４２ 卷第 ２ 期
㊀ ２０１４ 年 ２月
Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
煤炭科学技术
Ｖｏｌ������ ４２㊀ Ｎｏ������ ２㊀ Ｆｅｂ.㊀ ２０１４㊀
沿空巷道基本顶断裂结构影响窄煤柱稳定性分析
(１������ 西安科技大学 能源学院ꎬ陕西 西安㊀ ７１００５４ꎻ２������ 旬邑中达燕家河煤矿有限公司ꎬ陕西 旬邑㊀ ７１１３００)
０㊀ 引㊀ ㊀ 言
㊀ ㊀ 窄煤柱是沿空巷道的重要组成部分ꎬ 其稳定性 低ꎻ当煤柱发生变形破坏时ꎬ 其承载能力进一步降 巷道围岩小结构变形破坏
[１]
柱 极 限 强 度㊁ 煤 柱 侧 向 支 护 强 度 等 因 素 的 影 响 外 [２－９] ꎬ同时还受到沿空巷道上覆基本顶断裂结构 形式的影响 [１０] ꎮ 文献 [ １０] 根据基本顶不同断裂位 置ꎬ基于窄帮㊁ 巷道及基本顶断裂线 三者 的空间 ４ 种基本形式ꎻ通过理论分析㊁相似模拟分析及数值 模拟分析可知不同断裂结构形式下窄帮受力及变形 规律存在较大差异ꎬ 研究结果表明了窄帮的稳定性 与沿空巷道基本顶断裂结构形式关系密切ꎮ 基于 此ꎬ笔者基于燕家河煤矿 ８１０５ 工作面地质条件ꎬ 通 位置关系ꎬ认为沿空巷道上覆基本顶断裂结构存在
是成功实施沿空掘巷技术的关键ꎮ 煤柱受上区段工 作面回采影响ꎬ煤体破坏程度较高ꎬ煤柱承载能力较 低ꎬ导致顶板向煤柱采空区侧下沉破坏ꎬ易造成沿空 是沿空巷道围岩控制的重点和难点ꎮ 窄煤柱稳定性 受巷道埋深㊁顶底板岩性㊁煤层特性㊁煤柱高宽比㊁煤
基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１１７４１５７ꎬ５１１０４１１８) 作者简介:王红胜( １９７６
ꎬ 因此ꎬ 窄煤柱稳定性
收稿日期:２０１３－０９－１９ꎻ责任编辑:杨正凯㊀ ㊀ ＤＯＩ:１０.１３１９９ / ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｓｔ.２０１４.０２.００６ ) ꎬ男ꎬ安徽池州人ꎬ副教授ꎬ博士ꎮ Ｔｅｌ:１８３０９１８６９８８ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｃｕｍｔｗｈｓ＠ ｘｕｓｔ������ ｅｄｕ������ ｃｎ
２Ｄ
长 ２００ ｍꎬ 综放开采ꎬ 采高为 ３������ ２ ｍꎬ 采深为 ５００ ｍꎮ 区ꎬ西部为 ８ 号煤层 ３ 条下山ꎬ北部为 ８１０６ 采空区ꎮ
Ⅲ 之间围岩受力均
２０ １０ ６ ３ ２ ２ ２ ３ ３ ３ ２ ６ ４ ２ ２ ２ ２８ ７
板ꎬ遇水膨胀ꎻ基本底为平均厚 １������ ９３ ｍ 的铝质泥岩ꎮ ㊀ ㊀ 采用非线性数值计算软件 ＵＤＥＣ ４������ ０ 分析基 本顶断裂结构对窄煤柱稳定性的影响ꎮ 以 ８１０５ 工 作面附近的 Ｘ４ 钻孔柱状建立数值计算模型ꎬ 其长 ˑ 高为 ２００ ｍ ˑ １１４ ｍꎬ 模型的左㊁ 右及下边界固定ꎬ 上 覆岩层及表土层以均布载荷形式加在模型的上边 界ꎬ巷道开挖长 ˑ 宽为 ４ ｍ ˑ ３ ｍꎬ 围岩本构关系采用 Ｍｏｈｒ －Ｃｏｕｌｕｍｂ 模型ꎬ基本顶断裂线分别位于煤柱外 侧 ４ ｍ㊁巷道正上方㊁ 实体煤壁内侧 ４ ｍ 三个方案ꎬ 煤柱宽均为 ５ ｍꎮ 各岩层物理力学参数见表 １ꎮ