巷道不同开挖角度下地应力分布演化规律探究

　　摘要： 为探究巷道不同开挖角度下地应力的分布演化规律，本文以某煤矿回风巷为背景，采用理论分析、现场实测与FLAC3D数值模拟相结合的手段探究巷道不同角度开挖条件下地应力分布演化规律。研究结果表明，最大水平应力对巷道的影响主要与巷道的夹角大小有一定关系。
　　Abstract： In order to explore the distribution and evolution rule of crustal stress under different excavation angles， based on the background of a coal mine"s return roadway， the evolution law of crustal stress under different excavation conditions is explored by means of theoretical analysis， field measurement and FLAC3D numerical simulation. The results show that the influence of the maximum horizontal stress on the roadway is mainly related to the angle of the roadway.
　　关键词： 垂直应力；最大水平应力；數值模拟；演化规律
　　Key words： vertical stress；maximum horizontal stress；numerical simulation；evolution law
　　中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）14-0153-03

0 引言

　　随着社会对煤炭一次性资源的需求不断增大，煤矿开采的深度呈递增趋势，深部矿井的开采势必会造成巷道应力的增加[1]，影响巷道的支护方式和围岩稳定性，有突出危险性的煤、岩巷更要应着重考虑围岩应力的增大对突出的影响[2]。因此，开展巷道地应力实测及分布变化演化规律研究，对选择巷道支护设计、选择具有重要意义[3]。本论文结合某矿回风巷实际地质地貌进行了地应力测试。

1 工程概况

　　该矿隶属于冀中能源集团，根据该矿现有开拓水平的采掘和地质条件，决定在回风巷2#钻场附近运用应力解除法进行地应力测量工作，编号分别为TY-1和TY-2。TY-1测点位于回风巷内，北距2#钻场50m，在巷道左帮开孔。地应力传感器安装在顶板粉砂岩内，钻孔以仰角18°，方位角110°施工，导孔的直径为113mm，钻进长度为10.80m，地应力传感器安装孔直径38mm，长度为0.47m，应力传感器安装深度11.05m。TY-2测点位于回风巷2#钻场内，在巷道左帮2#钻场内开孔。地应力传感器安装在顶板粉砂岩内，钻孔以仰角19°，方位角115°施工，导孔的直径为113mm，钻进长度为11.10m，地应力传感器安装孔直径38mm，长度为0.47m，应力传感器安装深度11.35m。

2 地应力测量结果及分析

　　2.1 TY-1地应力测量结果
　　TY-1测点应力解除曲线图显示，应力计的12个应变片工作正常，因此可通过应变片的多种不同组合来相互验证计算结果，从而可获得最可靠的测量结果。应力解除过程中，取芯钻杆每前进2cm采集一次，每孔采集20～25次。从应变变化曲线判断各个应变片（每个通道代表一个应变片）的工作情况。应变片工作正常时最终各条曲线都将趋于平稳，可作为计算地应力的数据。进行套心应力解除后，对取出的岩心在实验室进行岩石力学测试，测试岩石的弹性模量和泊松比参数，并结合应力解除数据计算地应力结果见表1。
　　2.2 TY-2地应力测量结果
　　TY-2测点应力解除曲线图可以看出，在应力解除初期，应变片未受应力解除影响，其应变值未有变化。当应力解除达到30cm后，岩体应力受岩心筒扰动影响，开始发生应力释放，当应力解除达到45cm后，岩体应力基本结束，各应变片应变值未有剧烈变化发生。
　　在应力解除过程中，7#和10#应变片与由于其他原因出现数据采集不连续、没有数据等现象，故计算时将其两组数据舍去。进行套心应力解除后，对取出的岩心在实验室进行岩石力学测试，测试岩石的弹性模量和泊松比参数，并结合应力解除数据计算地应力结果。计算结果见表2。

3 Flac3D数值模拟

　　3.1 模型建立
　　根据回风巷煤岩层柱状图，建立掘进工作面的三维计算模型，模型范围长×宽×高为30m×50m×41.2m，共44950个单元网格，48960个节点。在模型垂直方向上，煤层及其直接顶、老顶、直接底、老底等岩层均按实际厚度进行模拟，根据煤层顶底板的围岩力学特征分析，为减小模型边界效应的影响，模型高度取41.2m[4]。力学模型如图3所示。
　　3.2 数值模拟结果分析
　　针对地应力与巷道不同角度下围岩垂直应力场及地应力与巷道不同角度下围岩水平应力场进行对比研究分析如图4。

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