【正文】 模型 Numerical simulation model模擬巷道的尺寸是根據(jù)八礦實(shí)際生產(chǎn)的需要，主要考慮通風(fēng)、運(yùn)輸、行人、安全等要求，確定巷道長寬為 34003200mm 的矩形巷道，巷道沿煤層頂板掘進(jìn)。謝文兵等分析了數(shù)值模擬在工程實(shí)踐中的指導(dǎo)作用 [38]。朱建明等提出了變彈性模量方法模擬時(shí)間因素對巷道圍巖穩(wěn)定影響的衰減曲線，并利用該曲線有效地模擬出巷道圍巖塑性區(qū)隨時(shí)間的擴(kuò)展情況 [36]。在采礦工程中，許多學(xué)者利用FLAC軟件對采礦工程中圍巖活動(dòng)規(guī)律、巷道圍巖穩(wěn)定性問題涉及到的巖體力學(xué)特性、圍巖壓力、支護(hù)圍巖相互作用關(guān)系、巷道與工作面的時(shí)空關(guān)系等一系列復(fù)雜的力學(xué)問題進(jìn)行了一系列的研究，并取得了顯著的效果。因此，顯式解方案對非線性的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的求解所花費(fèi)的時(shí)間，幾乎與線性本構(gòu)關(guān)系相同，而隱式求解方案將會(huì)花費(fèi)較長的時(shí)間求解非線性問題。 2 即使模擬的系統(tǒng)是靜態(tài)的，仍采用了動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)方程，這使得FLAC 3D在模擬物理上的不穩(wěn)定過程不存在數(shù)值上的障礙。FLAC3D有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1 對模擬塑性破壞和塑性流動(dòng)采用的是“混合離散法”。 FLAC3D 軟件簡介FLAC3D(Three Dimensional Fast LaGrange Analysis of Continua)是美國 Itasca Consulting Group lnc 開發(fā)的三維快速拉格朗日分析程序，該程序能較好地模擬地質(zhì)材料在達(dá)到強(qiáng)度極限或屈服極限時(shí)發(fā)生的破壞或塑性流動(dòng)的力學(xué)行為，特別適用于分析漸進(jìn)破壞和失穩(wěn)以及模擬大變形。由于缺乏傾角對側(cè)支承壓力分布規(guī)律影響的理論，工作面區(qū)段煤柱留設(shè)缺乏依據(jù)，巷道變形破壞嚴(yán)重。技術(shù)路線如下圖所示：現(xiàn)場實(shí)測調(diào)研及基礎(chǔ)資料分析數(shù)值計(jì)算 物理模擬 理論分析措施方案的制定現(xiàn)場試驗(yàn)改進(jìn)和完善形成技術(shù)成果圖 11 論文研究技術(shù)路線 Technology route of study7 / 872 不同傾角條件下支承壓力分布規(guī)律的數(shù)值模擬研究 概述隨著采深的增加，平煤天安集團(tuán)八礦工作面逐漸靠近李口向斜軸部，煤層傾角變大。 研究方法及技術(shù)路線本文研究采用現(xiàn)場測試與分析、數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，以及理論分析等多種手段相結(jié)合的方法開展研究工作。(4) 沿空掘巷瓦斯及水的防治措施從巷道布置、瓦斯抽采設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面入手，解決臨近采空區(qū)瓦斯及水的涌入。（2）深部復(fù)雜開采技術(shù)條件下沿空掘巷護(hù)巷窄煤柱尺寸優(yōu)化研究采用相關(guān)儀器對煤柱破壞范圍、位移量、應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行測量；采用數(shù)值模擬方法，對不同煤巖賦存條件，不同煤柱寬度情況下，煤柱及回采巷道的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以確定八礦深部開采條件下合理的煤柱尺寸。 本文研究的內(nèi)容及技術(shù)研究路線 研究內(nèi)容針對八礦深部開采技術(shù)條件及現(xiàn)有的錨桿支護(hù)技術(shù)水平，結(jié)合本論文的研究，開展以下幾個(gè)方面的研究：（1）深部開采條件下傾角對側(cè)向支承壓力的影響采用 FLAC3D數(shù)值模擬軟件，結(jié)合天安八礦地質(zhì)實(shí)際情況，尋求特定地質(zhì)條件下傾角與采場側(cè)支承壓力分布規(guī)律的關(guān)系，探討傾角對側(cè)支承壓力的分布特征的影響。在該方法中，決定錨桿參數(shù)的基本因素有錨桿形式、圍巖的堅(jiān)固性、巷道的跨度和埋深。當(dāng)圍巖釋放的能量與圍巖的阻擋功達(dá)到平衡時(shí)，圍巖與錨桿便共同處于穩(wěn)定狀態(tài)。該理論認(rèn)為，巷道開挖后引起圍巖應(yīng)力重分布、位移和破裂，是一個(gè)能量釋放的過程。侯朝炯、勾攀峰[31] 結(jié)合煤巷埋藏深、受采動(dòng)影響、地應(yīng)力大、圍巖松軟破5 / 87碎的特點(diǎn)，通過相似材料模擬試驗(yàn)和理論分析，研究錨固體峰前、峰后、殘余強(qiáng)度階段的力學(xué)行為，提出了錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論。該理論發(fā)現(xiàn)圍巖松動(dòng)圈的存在是巷道固有的特性，它的范圍大?。ê穸戎?L）目前可以用聲波儀或者多點(diǎn)位移計(jì)等手段進(jìn)行測定。全長錨固中性點(diǎn)理論中的“中性點(diǎn)”觀點(diǎn)被普片接受。該點(diǎn)處剪應(yīng)力為零，軸向拉應(yīng)力最大。王明恕 [29](1983)認(rèn)為在靠近巖石壁面部分（錨桿尾部） ，錨桿阻止圍巖壁面變形，剪力指向壁面；在圍巖深處（錨頭部分） ，圍巖阻止錨桿向壁面方向移動(dòng)。以上研究是建立在薄及中厚煤層、厚煤層傾斜分層開采、埋深淺、巷道基本采用木支護(hù)或金屬架棚支護(hù)基礎(chǔ)之上的，但是隨著巷道埋深增加、原巖應(yīng)力增大，綜采放頂煤一次采全高等大采高采煤方法的應(yīng)用，沿空掘巷圍巖變形劇烈，高強(qiáng)度錨桿支護(hù)系統(tǒng)和預(yù)應(yīng)力錨索的應(yīng)用，支護(hù)對圍巖穩(wěn)定狀況的影響顯著增大，確定護(hù)巷煤柱寬度、研究其穩(wěn)定性，應(yīng)考慮支護(hù)的作用，同時(shí)確定窄煤柱寬度應(yīng)考慮錨桿在窄煤柱中的錨固力，過窄的煤柱難以保證錨固力而影響支護(hù)效果。國內(nèi)外許多學(xué)者對煤柱的寬度和穩(wěn)定性做了大量的研究工作 [25～27] ，但對煤柱的合理寬度一直沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，其結(jié)論差別較大，合理煤柱寬度從 15m 直到 2030m 不等。③窄煤柱裂隙發(fā)育，甚至破碎，不同程度存在漏風(fēng)現(xiàn)象。沿空掘巷從 20 世紀(jì) 50 年代開始研究和應(yīng)用，取得了有益的結(jié)論 [20～24] ，主要有：①留設(shè)窄煤柱沿空掘巷，巷道位置處于側(cè)向殘余支承壓力附近，掘巷擾動(dòng)了側(cè)向支承壓力分布，因而，留設(shè)窄煤柱沿空掘巷不僅在掘進(jìn)期間圍巖強(qiáng)烈變形，而且在掘后穩(wěn)定期間仍保持較大的變形速度，比沿采空區(qū)邊緣不留設(shè)窄煤柱沿空掘巷變形劇烈。 沿空掘巷護(hù)巷煤柱的研究綜述在生產(chǎn)實(shí)踐中，沿空掘巷包括沿采空區(qū)邊緣掘巷、與采空區(qū)之間留窄煤柱的沿空掘巷。文獻(xiàn)[14～17]通過對工作面及順槽礦壓觀測分析和相似模擬試驗(yàn)研究認(rèn)為：隨工作面回采推進(jìn)，采空區(qū)側(cè)煤體及上覆巖層依次垮落，形成砌體梁結(jié)構(gòu)；側(cè)向煤體支承壓力峰值點(diǎn)與采放比有關(guān)，且隨采放比增大峰值點(diǎn)遠(yuǎn)移，有利于留設(shè)窄煤柱；分析了巷道上覆巖層結(jié)構(gòu)特征，提出煤柱寬度 d 與側(cè)向支承壓力峰值點(diǎn)深入煤體的距離 x 有關(guān)，一般認(rèn)為 d 小于 x的一半是比較合理的，此時(shí)對巷道穩(wěn)定有利。隨著綜采放頂煤技術(shù)的發(fā)展，文獻(xiàn)[12，13]對綜采放頂煤采場上覆巖層的活動(dòng)規(guī)律做了進(jìn)一步的研究，明確提出了綜采放頂煤采場上方存在“砌體梁” 基本結(jié)構(gòu)。在巷道支護(hù)方面，我國發(fā)展了可縮性 U 型鋼支架和錨噴類支護(hù)技術(shù)，但在 U 型鋼和連結(jié)件材質(zhì)、壁后充填技術(shù)和配套設(shè)備、錨桿材質(zhì)以及相應(yīng)的配套設(shè)備方面與生產(chǎn)實(shí)際需求仍有較大的差距。較早進(jìn)入深部采煤的國家，如原西德、前蘇聯(lián)等對深部開采的巷道礦壓問題進(jìn)行了大量研究，前蘇聯(lián) 80 年代統(tǒng)計(jì)資料表明，由于井深增加，支架所受力增加了～2MPa ?？梢灶A(yù)計(jì)，隨著對煤炭需求量的不斷增加，我國將有更多的煤礦礦山進(jìn)入到 l000m 以下深度開采。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國許多礦區(qū)的開采深度都己超過了 600m～ 800m，深度超過千米的礦井就有數(shù)十個(gè)，最大開采深度己接近 1200m，如沈陽礦務(wù)局彩屯煤礦（ 1197m） 、開灤趙各莊煤礦（1159m） 、徐州張小樓煤礦（1100m） 、北票冠山煤礦（1059m） 、開灤林西煤礦（1040m） 、北京門頭溝（1008m） 、長廣礦區(qū)（1000m） 。生產(chǎn)礦井 1980 年平均深度為288m，而 1995 年平均深度達(dá) 428m，平均每年以近 10m 的速度向下延伸，東部礦井的向下延伸速度每年達(dá) 10～25m。波蘭的煤礦開采深度己達(dá) 1200m，日本和英國的煤礦開采深度己分別達(dá) 1125m 和 1100m，此外，比利時(shí)等國的開采深度也己達(dá) 1000m以上。煤礦開采深度最大的德國，平均采深己超過 900m，超過 1000m 的工作面占 20%，最大開采深度已達(dá) 1443m。隨著人類對礦產(chǎn)需求量的日益增加，開采規(guī)模不斷擴(kuò)大，淺部易采的礦產(chǎn)資源日趨枯竭，開采向深部發(fā)展是地下礦山的必然趨勢。隨著我國煤炭事業(yè)的發(fā)展，開采深度與開采強(qiáng)度日益增加，回采工作面機(jī)械化程度迅速提高，巷道斷面不斷加大，帶來一系列的問題，如采準(zhǔn)巷道礦山壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈，巷道維護(hù)狀況惡化等。而且世界上有深井開采歷史的國家一般認(rèn)為，當(dāng)?shù)V山開采深度超過 600m 既為深井開采。區(qū)段巷道維護(hù)效果與支護(hù)方式、支護(hù)參數(shù)密切相關(guān)，在研究區(qū)段煤柱參數(shù)的同時(shí)，研究復(fù)雜條件下大變形區(qū)段巷道支護(hù)特征，優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，改善支護(hù)狀況，對平煤集團(tuán)八礦當(dāng)前乃至今后生產(chǎn)有重要影響。區(qū)段巷道壓力較大、維護(hù)困難，巷道維護(hù)問題已成為制約生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)。但在大傾角、大斷面、復(fù)合頂板的己 15煤層，錨桿支護(hù)技術(shù)還沒有全面推廣應(yīng)用，還處于研究攻關(guān)階段。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(shí)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(hù)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 roadway along goaf and parameter of bolting,abtained the width is ～4m is suitable.In order to check the efferect to bolting after optimizing,laying observation station in J1511150 gateway to observe delamination and displacement of roof to floor and two ribs,and obtain that the delamination and displacement is little,and stabilizing after sevenal days,this indicae optization have evident result.According to the main risk is gas and water to hold small pillar while driving roadway along goaf,carry out drifting gas, down diagonal slice layout and water prospection and dewatering techonology,and it have evident result.Key words：deep；mining gateway；abutment pressure；Optimizing of Bolt SupportV / 87目 錄摘要 ...................................................................................................................................IABSTRACT.....