【正文】 (2) 標(biāo)定傳感器時，必須要求所采用的介質(zhì)密度與傳感器實際埋設(shè)處的介質(zhì)密度盡可能一致。圖 3－3 模型杠桿加載系統(tǒng) Lever load fabric of model 模型的開采與觀測為研究煤層開采時側(cè)支承壓力分布特征，采用的測量系統(tǒng)為：JS14 型靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀，DYB1 系列土式傳感器。未模擬出的上覆巖層的自重應(yīng)力 為：mq ??rl cc ??rlc?2370/89mNqpm???式中: ——模型模擬自重應(yīng)力；——原形自重應(yīng)力；p——應(yīng)力比，?c加載方式是杠桿加載，其結(jié)構(gòu)及各參數(shù)如圖 3－3 所示：為了保證加載的均勻性，載荷是通過杠桿加在矩形鋼板上面，尺寸為長寬（） 。 加載模型頂部加載是為了補足模擬深度未能包括的那部分巖層重量。表 3－2 砂子、石膏和碳酸鈣相似材料配比實驗 Table 32 Similar simulation test with sand, gypsum and lime carbonate配比號 容重（kg/m 3） 抗壓強度 （kPa） 備注855 粉煤灰砂（3：1） 57873 178737 160746 192773 254637 180 加水量為總量的 1/7～1/9655 1500 422 硼砂量占加水量的 1/100673 296 試件干燥時間為 4 天537 312555 541573 329437 204455 162各分層材料總用量由下式計算可得： krmbLQii ??式中： ——分層材料總用量，kg； ——模型架長度，m；iQ　　　 ——模型架寬度，m； ——模型分層厚度， ；bi　　 　 ——材料容重， ； ——材料損失系數(shù)。模型采用邊界條件如圖31所示。pt③ 容重相似系數(shù)：要求模型與原型的所有作用力都相似。柱狀圖如下圖 22所示。埋深 550m，煤層傾角變化不大，一般在 9～15176。根據(jù)經(jīng)驗及本試驗所模擬的巖層性質(zhì)，決定以細(xì)河砂為骨料，以碳酸鈣和石膏為膠結(jié)材料，用四硼酸鈉（硼砂）作為緩凝劑。 模擬實驗的相似條件相似材料模擬試驗的成功與否，通常取決于模型與原型相似條件的滿足程度。（3）相似第三定理這個定理是由基爾皮契夫及古赫爾于 1930 年解決的。（2）相似第二定理是在 1911 年由俄國學(xué)者費捷爾曼導(dǎo)出的。由于影響回采巷道礦壓規(guī)律影響因素多，物理力學(xué)過程復(fù)雜，目前尚未有滿足實際工程需要的理論分析方法，實際觀測是研究礦壓規(guī)律的主要方法。在國外，意大利、葡萄牙、法國、日本和前蘇聯(lián)都做過較多的試驗，取得了良好的效果。用模型方法可以研究各種不同因素的影響，可以得到一些現(xiàn)象的可信定性圖像和一些主要所求的參數(shù)值，在計算非連續(xù)介質(zhì)的復(fù)雜問題時，模型方法是得到置信解的唯一手段。根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果得出了支承壓力分布特征與煤層傾角的函數(shù)關(guān)系。時，上下側(cè)支承壓力應(yīng)力降低范圍僅為 左右；3）峰值位置呈減小趨勢，煤層傾角 35176。時，最大應(yīng)力集中系數(shù)減小了 20％左右。時峰值至煤壁距離的一半左右。)012340 20 40 60 80 100 120傾 角 10傾 角 15傾 角 25傾 角 30傾 角 35傾 角 20圖 212 不同角度同一位置處下側(cè)支承壓力分布曲線 Side abutment pressure distribution curve in identical displace應(yīng)力集中系數(shù)012340 20 40 60 80 100 120傾 角 10傾 角 15傾 角 20傾 角 25傾 角 30傾 角 35圖 211 不同角度同一位置處上側(cè)支承壓力分布曲線 Side abutment pressure distribution curve in identical displace應(yīng)力集中系數(shù)至煤壁距離 （m）至煤壁距離 （m）15 / 87越大峰值下降幅度越大。時，上下側(cè)卸壓區(qū)范圍在 4m 左右。)Fig 29 Side abutment pressure distribution curve (30176。）Fig 26 Side abutment pressure distribution curve (15176。）Fig 25 Side abutment pressure distribution curve (10176。的模擬結(jié)果來看，上下側(cè)支承壓力產(chǎn)生變化。圖 24 計算模型 Calculation model012340 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100上 側(cè) 數(shù) 據(jù)下 側(cè) 數(shù) 據(jù)應(yīng)力集中系數(shù) 至 煤 壁 距 離 （ m） 由圖 25 可知，煤層傾角 10176。巖體單元這樣的離散劃分尺寸，可以完全保證計算上的必要精度。 Mpa中粗粒砂 10 2400 2e9 32 細(xì)砂巖 2800 48 18砂質(zhì)泥巖 2530 40 2細(xì)砂巖 2670 16e9 39 砂質(zhì)泥巖 2600 4e9 2e9 30 己 15煤層 1750 31 砂質(zhì)泥巖 2300 16 己 1617煤層 2 1500 25 砂質(zhì)泥巖 5 2400 15 在選擇模型尺寸時應(yīng)考慮以下兩點： 1 ) 對所研究的巖體范圍邊界加給的載荷條件具有必要的可靠程度； 2 ) 實現(xiàn)解決具體的技術(shù)問題。地質(zhì)柱狀如圖22。直接底為一薄層泥巖，遇水易膨脹。煤厚度一般在～。六個模型，各個模型的特征參量如表 21 所示：底 板 巖 層老 底 （ 砂 質(zhì) 泥 巖 ）上 覆 巖 層直 接 頂巷 道 直 接 底 （ 砂 質(zhì) 泥 巖 及 中 砂 巖 ）（ 砂 質(zhì) 泥 巖 )老 頂 （ 細(xì) 砂 巖 ）二 2煤9 / 87表 21 不同傾角模型特征參量Table 21 Model parmeter of different angle 模擬地質(zhì)條件、煤巖參數(shù)及單元劃分天安集團八礦位于平頂山礦區(qū)東部，是一座設(shè)計年產(chǎn)量300Mt的現(xiàn)代化礦井。、20176。 模型的建立及參數(shù)的選取 模型的建立為了選取平頂山錨桿支護合理的支護方式和支護參數(shù)而采用數(shù)值計算進行現(xiàn)實模擬，根據(jù)現(xiàn)實的地質(zhì)狀況，結(jié)合模擬的目的，建立的數(shù)值分析模型如圖 21所示。何滿朝等采用FLAC對大斷面軟巖硐室開挖非線性力學(xué)特性進行了數(shù)值模擬研究 [35]。 3 采用了一個“顯式解”方案。它包含 10 種材料本構(gòu)模型，有靜力、動力、蠕變、滲流、溫度五種計算模式，各種模式間可以互相藕合，可以模擬多種結(jié)構(gòu)形式，如巖體、土體或其他材料實體，梁、錨元、樁、殼以及人工結(jié)構(gòu)如支護、襯砌、錨索、巖栓、摩擦樁、板樁、界面單元等，可以模擬復(fù)雜的巖土工程或力學(xué)問題。不同傾角煤層側(cè)支承壓力分布的基本規(guī)律與近水平煤層相同，但傾斜狀態(tài)下巖層受力十分復(fù)雜，側(cè)支承壓力分布有其獨特的特點。(5) 沿空掘巷支護質(zhì)量監(jiān)測在回采巷道內(nèi)布置測點，觀測巷道頂?shù)装逑鄬ψ冃巍蓭拖鄬σ平康葏?shù)，對巷道的支護質(zhì)量進行監(jiān)測，評價和分析煤柱尺寸、巷道支護方式及參數(shù)的適宜性，并修改和優(yōu)化設(shè)計方案。以平煤天安八礦己二采區(qū)地質(zhì)條件為依據(jù)，以鄰近礦井的實際觀測資料為參照，采用類比與相似材料模擬試驗相結(jié)合的方法，研究八礦己組煤層開采時該條件下側(cè)支承壓力的分布規(guī)律，為今后多煤層采區(qū)巷道布置提供參考?；谏鲜鲇^點，該院推到了一些計算公式，并將其簡化為圖表形式。前蘇聯(lián)的煤礦科學(xué)研究院提出了一套計算錨桿支護參數(shù)的能量原理 [3233]。董方庭等 [30](1994)在對巷道圍巖狀態(tài)進行深入研究后提出了圍巖松動圈巷道支護理論。錨桿上的剪力指向相背的分界點，稱為中性點。文獻對煤柱寬度做了詳細(xì)的評述，并提出用智能決策系統(tǒng)和人工神經(jīng)元網(wǎng)格選擇煤柱寬度的方法。②留設(shè)窄煤柱沿空掘巷，因窄煤柱破碎、煤柱支撐作用極小，增加了巷道跨度和懸頂距，巷道壓力增大、維護困難。文獻[119]將基本頂沿傾斜方向形成的結(jié)構(gòu)作為沿空掘巷圍巖的大結(jié)構(gòu)，基本頂在工作面端頭形成的弧三角形塊視為巷道上方的關(guān)鍵塊，定性分析了關(guān)鍵塊在巷道不同從階段的穩(wěn)定性，認(rèn)為關(guān)鍵塊在不同階段是穩(wěn)定的，為沿空掘巷創(chuàng)造了良好的外部力學(xué)環(huán)境。3 / 87 沿空掘巷上覆巖層活動規(guī)律的研究綜述國內(nèi)外對采場上覆巖層破斷特征和活動規(guī)律開展了大量的研究 [9～11] ，提出了采場上覆巖層的關(guān)鍵層理論、基本頂及關(guān)鍵層的斷裂規(guī)律，S－R 穩(wěn)定性原理等。研究表明，隨著井深的增加，深部巖層壓力迅速增長，給深井建設(shè)和開采造成了嚴(yán)重困難，其中支架折損、支護破壞、巷道失穩(wěn)就是一個最直接的后果。早在“八五 ”期間，國內(nèi)新建的 65 個礦井的平均深度就己達 588m，其中深度在 1000m 以上的井筒就有 12 個。在俄羅斯，僅頓巴斯礦區(qū)就有 30 個礦井的采深達到 1200m～1350m。深井巷道礦山壓力控制是深部開采面臨的急待解決的重大技術(shù)課題之一。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 深部工程的發(fā)展趨勢至于“深部”的概念，世界各國的采礦界一致認(rèn)為，深部開采是由于礦床埋深較深，而使生產(chǎn)出現(xiàn)一些在淺部礦床開采時很少遇到的技術(shù)難題的礦山開采。而且八礦采區(qū)巷道系統(tǒng)復(fù)雜，隨著礦井開采深度的增加以及煤層傾角的增大，回采巷道，特別是靠近采空區(qū)一側(cè)的巷道礦壓顯現(xiàn)特征與淺部的緩傾斜煤層呈現(xiàn)明顯不同，導(dǎo)致區(qū)段巷道位置確定缺乏科學(xué)依據(jù)，采用傳統(tǒng)的加棚支護和普通錨桿支護及常規(guī)的施工方法已不能滿足安全生產(chǎn)的需要。對優(yōu)化后支護質(zhì)量進行檢驗，在己 1511150 回風(fēng)巷布置測站，觀測頂?shù)装?、兩幫移近量及離層情況，實驗結(jié)果表明位移量及離層情況較小，且過幾天后穩(wěn)定，說明優(yōu)化后效果明顯。采用 FLAC3D 數(shù)值模擬軟件模擬煤層傾角對側(cè)向支承壓力的影響，得出隨著煤層傾角的增大，側(cè)向應(yīng)力峰值及卸壓區(qū)的范圍均減小，且角度越大峰值下降幅度越大。采用相似模擬實驗研究復(fù)雜條件下煤層開采側(cè)向支承壓力分布，得出深部開采條件下，支承壓力的影響范圍較淺部更大，應(yīng)力集中系數(shù)更高；初次跨落步距較大，根據(jù)工作面?zhèn)认蝽敯褰Y(jié)構(gòu)和頂板支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力特點，將側(cè)向分為 4個區(qū)域。針對沿空掘巷留小煤柱主要安全隱患是采空區(qū)瓦斯向采掘空間涌入和采空區(qū)水對采掘的影響問題的實際，分別采取鉆孔抽放瓦斯和工作面俯偽斜布置及探放水技術(shù)，取得了很好的效果關(guān)鍵詞：深部；回采巷道；支承壓力；錨桿支護優(yōu)化 III / 87AbstractWith the depth of mining and inclination increasing,the advance stress behavior in mining gateway especially near goaf have obvious diversity pare to shallow slow coal seam,meanwhile,the underground pressure in gateway is great,and difficulty supporting,has bee a major part of the production article study advance stress behavior in deep mining gaeway,pare to real geology in Pingdingshan,then optimize the width of pillow as driving roadway along goaf and parameter of bolting,at last,test the efferect through field trials.Study coal seam inclination effect to side abutment pressure by FLAC3D numerical simulation software,and find as the inclination increasing,the peak of side abutment pressure and the dimension of the region of stressrelief weaked, the greater the angle,the greater decrease in the peak. To adopt a similar simulation study of side abutment pressure under plex geology,and find the peak and dimension of butment pressure and initial transfalling length is greater than shollow mining, and divided side direction into four regions according to roof structure and roof supporting structure in working face.According to bolting theory, similar simulation, numerical simulation and real geology in pit of Pingdingshan, optimized the width of pillow as driving ro