[01197871]支架-围岩作用关系数值计算方法及在采场矿压分析中的应用

支架-围岩关系是采场矿压显现和顶板控制的关键。利用CDEM（基于连续介质力学的离散元方法）数值计算软件,建立液压支架动态模型,将该液压支架置于工作面开采的实际物理过程中,研发了与“工作面推进——顶板岩层运动”实际物理过程相符的综采液压支架数值计算方法,首次实现综采工作面液压支架与围岩耦合的动态数值模拟。以神东矿区等实际的综采工作面覆岩条件及液压支架工作特性为基础,利用理论分析、数值模拟和现场实测的综合研究手段,分析不同采高、围岩条件下的上覆岩层移动规律、矿压规律及支架受力情况,实现了对工作面的支架工作阻力和矿山显现的预测。主要结论包含以下几个方面： （1）引入连续-非连续数值计算方法（CDEM）进行覆岩运动及支架工作特性数值模拟计算,实现了对覆岩变形、运动、垮落、堆积以及在此过程中的支架工作阻力变化动态数值模拟。为深入研究采场支架-围岩关系、覆岩运动规律、支架合理性分析等提供了新的研究手段。 （2）针对试验矿区（鄂尔多斯矿区）的三个典型综采面,进行了矿压监测,得到了具体工作面的矿压显现规律和支架工作特征,包括：来压步距、初采阶段矿压显现情况、支架动载系数、进出上层煤遗留煤柱时的矿压特征等,并对其支架适应性、工作阻力变化等进行了详细分析。 （3）对试验矿区（鄂尔多斯矿区）地质环境下的岩层结构及岩层强度进行了分析,认为鄂尔多斯矿区岩层的密度相对较小,孔隙率相对较高,宏观结构松散,抗拉强度、抗压强度、弹性模量、粘聚力均较小,多数岩层属于弱胶结砂岩。为数值计算以及研究提供了基础资料。 （4）利用CDEM的支架-围岩组合模型,以补连塔矿为工程背景,模拟计算了不同条件下覆岩运动与支架工作阻力的关系,得到了不同采高情况下支架工作阻力的变化趋势。对数值模拟结果与实测矿压数据进行了对比验证。数值计算的支架工作阻力的数值模拟和现场观测曲线基本吻合,来压步距基本一致。 （5）采用Solidwords建立三维液压支架几何模型,然后导入ABAQUS/CAE划分网格,开发了三维液压支架几何模型,模拟计算了三维支架-围岩作用关系,得到了三维条件下支架在围岩运动过程中的详细受力情况。 （6）为验证数值计算的支架工作阻力,总结了目前常用的支架工作阻力计算方法,分析了经验估算法、动载系数法及多元线性回归法的特点。针对上湾煤矿8.8m大采高工作面,使用数值计算方法对支架工作阻力进行了计算,并对矿压显现规律进行了模拟分析。经验证,数值计算结果与现场实测结果基本一致。表明数值计算方法可以用于辅助现场综采面支架选型和矿压分析与预测。 （7）针对石圪台煤矿工作面进煤柱期间的矿压显现特征,使用数值计算方法进行了分析,得到了综采面进煤柱期间的顶板活动规律和异常矿压显现的机理,分析了异常矿压显现期间支架的受力变化情况。