摘要：本文通過FLAC3D軟件建模進(jìn)行數(shù)字模擬分析軟底下滑后對頂板、底板、煤層的影響，通過分析結(jié)果，提出了一套適合本工作面開采的安全防護(hù)體系，對提高生產(chǎn)效益、保障安全開采具有重要意義。

關(guān)鍵詞：FLAC3D數(shù)字模擬分析；軟底綜采開采；安全防護(hù)體系

1 基本情況：

趙家壩104采區(qū)9#煤層工作面走向長960m，傾斜長132～200m，垂高平均100m，煤層厚0.87～1.48m，平均1.07m，硬度f=2～3、平均傾角45°，煤層偽頂為薄層炭質(zhì)泥巖夾多層煤線，厚度約0.61m的偽頂與煤層一同采出，平均采高約1.68m，直接底為厚度0.98m的泥質(zhì)粉砂巖，巖性為薄層狀炭質(zhì)泥巖與泥質(zhì)粉砂巖互層夾煤線、煤屑，底板松軟易破碎。

2 FLAC3D數(shù)字建模

根據(jù)1942工作面地質(zhì)條件，建立三維模型，模型長X=100m，寬Y=100m，高Z=120m，Y軸為煤層走向；從上往下巖層分布為頂三角、老頂（泥質(zhì)粉砂巖）、直接頂（粉砂巖）、偽頂（炭質(zhì)泥巖）、煤層、直接底（泥質(zhì)粉砂巖）、老底（粗砂巖）、底三角。

數(shù)值模擬模型的位移邊界條件如下：①模型的左右、前后邊界施加水平位移約束，即邊界水平方向的速度矢量和位移均為零；②模型的下邊界在水平和豎直方向均固定，邊界水平和垂直方向的速度矢量和位移均為零；③模型上邊界為自由邊界，計算模型上邊界載荷為上覆巖層自重，側(cè)壓系數(shù)取1.3。模型上邊界埋深600m，模型上部施加15MPa的均布壓應(yīng)力。本次數(shù)值模型塊體采用摩爾—庫侖塑性模型。摩爾—庫侖塑性模型需要的巖層物理力學(xué)參數(shù)為密度、體積模量K、剪切模量G、內(nèi)摩擦角Φ、粘聚力C、剪脹角、抗拉強度σt，模型的力學(xué)參數(shù)如下表：

3 模擬數(shù)據(jù)分析

3.1軟底下滑對頂?shù)装宓挠绊?/p>

3.1.1滑底對頂?shù)装逦灰频挠绊?/p>

滑底前頂板下沉量在18.27mm，底板無下沉，頂?shù)装逦灰屏坎顬?7.5～18mm，最大為18.27mm；滑底后，在滑底上方的頂板位移量有所增加，達(dá)到19.07mm，其他位置頂板位移分布在17.5～19mm，底板無下沉，頂?shù)装逦灰屏坎?7.5～19mm，最大為19.07mm。

3.1.2滑底對頂?shù)装鍛?yīng)力的影響

滑底前整個工作面應(yīng)力最大值出現(xiàn)在機巷和風(fēng)巷的圍巖內(nèi)側(cè)，最大可達(dá)22.61MPa，工作面的應(yīng)力最小值出現(xiàn)在上下端口的頂板中，最小值為10.34MPa；工作面滑底后，工作面的應(yīng)力分布圖形狀未發(fā)生改變，應(yīng)力值分區(qū)間為10.35～22.53MPa，對工作面上端頂?shù)装鍛?yīng)力未造成影響，對下端來說，應(yīng)力值有相應(yīng)減小，但變化不大可以忽略。

3.2滑底對煤壁的影響

3.2.1軟底下滑對煤壁塑性區(qū)的影響

滑底前，煤壁的塑性區(qū)范圍很小，主要分布在風(fēng)巷和機巷圍巖內(nèi)側(cè)1m范圍；滑底后，煤壁的塑性區(qū)有了明顯的增大，特別是在滑底處下方，煤壁基本都處于塑性狀態(tài)，易發(fā)生片幫，對生產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。

3.2.2滑底對煤壁應(yīng)力分布的影響

滑底前煤壁的應(yīng)力分布范圍在18～21MPa區(qū)間，滑底后，從滑底處開始下方的應(yīng)力增大到26～28MPa，說明滑底對煤壁應(yīng)力的影響較大，致使煤壁易出現(xiàn)片幫。

3.3分析結(jié)論

通過軟底下滑對頂?shù)装宓挠绊懛治觯芍ぷ髅孳浀紫禄瑢數(shù)装逦灰朴幸欢ㄓ绊?，對工作面?yīng)力分布產(chǎn)生一定影響，主要表現(xiàn)在下端口。

通過軟底下滑對頂煤層的影響分析，可知工作面滑底后煤壁塑性區(qū)以及煤壁應(yīng)力明顯增加，即滑底后易產(chǎn)生煤壁片幫。

4 安全防護(hù)體系設(shè)計

4.1工作面飛矸安全防護(hù)

根據(jù)分析數(shù)據(jù)，為了解決因滑底后防止煤壁片幫造成飛矸傷害，在下端頭第一架支架和第二架支架行人側(cè)用廢舊皮帶或礦編制的擋矸油絲繩網(wǎng)制作兩道擋矸簾，擋矸簾懸掛在支架頂梁上，第一步支架左側(cè)下方單體上應(yīng)懸掛“行人靠左”的警示標(biāo)語，防止人員誤入右側(cè)（下行方向）溜煤側(cè)，從第一步支架起至運輸巷用5mm鋼板或厚50mm的優(yōu)質(zhì)木板配合皮帶將采空區(qū)與行人道全斷面隔開。必須將皮帶上下兩側(cè)同時綁在支柱上，確保皮帶固定牢固。在回收密集支柱時，必須從機巷下幫開始先支后回，重支的密集支柱與需回收的密集支柱沿巷道走向成一條直線，防止老塘側(cè)煤矸通過密集支柱竄入行人通道。行人通道兩側(cè)必須用5mm鋼板或厚50mm的優(yōu)質(zhì)木板配合皮帶從第一架支架架前擋板開始將機道與行人道或采空區(qū)與行人道全斷面隔開，用于隔開的鋼板或皮帶皮帶必須連接并固定在單體液壓支柱上。

4.2“三機”下滑防護(hù)

根據(jù)數(shù)據(jù)，軟底下滑后，尤其是底板位移和煤壁應(yīng)力在下段較為集中，因此在0#到10#架安裝防倒防滑液壓缸，普架調(diào)整采用調(diào)架梁及調(diào)推與刮板機聯(lián)合動作機理防止支架下滑。具體防護(hù)體系包括：①底座前端過橋上預(yù)留調(diào)架千斤頂?shù)陌惭b位置。②底座布置有后調(diào)架千斤頂。③頂梁上預(yù)留防倒千斤頂?shù)陌惭b位置。④頂梁和掩護(hù)梁為雙向活動側(cè)護(hù)板，使用時固定一側(cè)。

5 結(jié)論

通過 FLAC3D數(shù)字建模，計算工作面推進(jìn)過程中工作面的頂?shù)装搴兔罕趹?yīng)力、位移、塑性區(qū)的影響，將數(shù)字分析結(jié)果和現(xiàn)場相結(jié)合，使急傾斜煤層綜合機械化開采過程中軟底下滑后安全防護(hù)體系設(shè)計中更加科學(xué)，根據(jù)以上安全防護(hù)體系的設(shè)計，在現(xiàn)場中得到了實施，實施效果較好，有效的杜絕了飛矸傷人事故，杜絕了“三機”下滑現(xiàn)象，有效的促進(jìn)了安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]FLAC3D軟件建模參數(shù)設(shè)定規(guī)范；

[2]已審批的趙家壩煤礦+115m水平地質(zhì)說明書；

[3]胡紹祥，李守春.礦山地質(zhì)學(xué)第二版.中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008

[4]許有圻.煤礦開采學(xué).中國礦業(yè)出版社，1999

作者簡介：馮軍成（1987-），男，重慶南川人，大學(xué)本科學(xué)歷，現(xiàn)為趙家壩煤礦生產(chǎn)技術(shù)科副科長。

（作者單位：川煤集團(tuán)廣旺公司趙家壩煤礦）