煤巷层状顶板锚固体失稳模式数值分析
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Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ． ５３ ４
现
代
矿
业
总 第５ ３ ４期 ２ ０ １ ３ 年 １ ０月 第 １ ０期
０ｃ ｔ ｏ ｂ ｅ ｒ ． ２ ０１ ３
Ｍ ０ＤＥＲＮ ＭＩ ＮＩ ＮＧ
煤巷 层状 顶板 锚 固体 失稳 模 式数值 分 析
张 三 要
（ 河 南省新密市煤炭学校 ）
质（ 弹性模 量 、 泊松 比、 内聚力 、 内摩擦 角 、 抗 拉 强度 等） 、 巷道 尺寸 （ 顶 板 跨度 ） 、 岩层倾角 、 顶 板 锚 固参 数 等 。因岩层 倾 角 为 ６ Ｏ 。 的 情 况 较 为少 见 ， 故 不 考 虑” ， 只对 岩层倾 角 ０ 。 、 １ ５ 。 、 ３ ０ 。 、 ４ ５ 。 进行模 拟 ， 研 究
距， 以及锚 固剂 的 密 实度 。锚 固剂 密实 度 是 此次 数
张三要 ： 煤巷层状顶板锚 固体失稳模式数值分析
值 模拟 锚 固参数 的重 要指 标 。其余 锚 固参数 在数值
２ Ｏｍ ｍ×２ ４ ０ ０ｍｍ 金 属树 脂 锚 杆
２ ０ １ ３年 １ ０月第 １ ０期
模 拟模 型 中的取值 见 图 ２ 。
煤 巷层 状顶 板失稳 的特 征 。
１ ２ Ｒ的椭 圆。因此 ， 数值 模拟模 型 沿水 平方 向取
３ ６ ｍ， 沿 垂直 方 向 取 ４ ０ ｍ， 见图 １ 。巷 道 处 于煤 层
中， 位于整体模 型的中部。在巷道顶板的中心点设
置监测 点 ， 一个模 型 中设 置 ３个 监测 点 ， ３个点 竖 向
排列 ， 间隔１ ． ５ ｍ， 最 下 方 监 测 点 位 于 顶板 表 面 ， 最
１ 建立数值计算模型
１ ． １ 模型 尺寸
上方 点处 于锚 固 区外 ， 监 测 数 值运 算 时 巷 道顶 板 的
下 沉量
在静 水 压应 力 场 中 ， 巷 道 的应 力 影 响 区形状 为
（ ａ ） 水 平 层状
摘
要
采 用理论 分析 、 数 值模拟 等 综合 方 法 ， 对煤 巷层状 顶板锚 固体 失稳模 式 的主要 影 响 因
素进行 组合 ， ຫໍສະໝຸດ 助 于数值模 拟软 件 Ｕ Ｄ Ｅ Ｃ进行 了数值模 拟 ， 得 到 了不 同煤巷 层状 顶板 组合 下的应 力
和位 移 变化特 征 。
关 键词
层状 顶板
２ ０ｍ ｍ×２ ４ ０ ０ ｍｍ 金 属树 脂 锚 杆
（ ａ ） 水 平 岩 层
ｆ ｂ ） 倾斜 岩 层
图 ２ 巷 道 锚 杆 布 置
１ ． ３ 模 型 边界 条件
围岩应 力 达 到平 衡 时 ， 锚 杆完好 ， 巷 道 顶 板 中心 点 （ 监测 点 １ ） 的位 移 为 ６ ｍｍ， 两 帮 移 近 量 大 约 为
锚 固体 失稳
数值 模拟
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎａ ｌ ｙｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ａｎ ｃ ｈｏ ｒ Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｂｕ ｃ ｋ ｌ ｉ ｎｇ Ｍｏ ｄｅ ｏ ｆ Ｌａ ｙ ｅ ｒ ｅ ｄ ｒ ｏ ｏ ｆ ｉ ｎ Ｃｏ ａ ｌ Ｒｏ ａ ｄｗａ ｙ Ｚｈ ａ ｎ ｇ Ｓ ａ ｎ ｙ ａ ｏ
煤巷 层状 顶板 失 稳 的影 响 因 素指 标 主 要有 ： 围
半径 ６ Ｒ的圆 （ 为 巷道 断 面 半 径 ） ； 在 非静 水 压 应 力场 中 ， 巷道 的应 力影 响 区 形状 一 般 为长 轴 不 大 于
岩 应力 、 顶 板各 层位 厚度 、 顶 板各 层位 的物理 力学性
（ ｂ ） 倾 斜 层状
图 １ 顶 板 模 拟模 型
Ｉ 一直接顶 ； １ Ｉ 一软弱夹层 ； Ⅲ一 老顶
１ ． ２ 锚 固参数
张三要（ １ ９ ８ ８ 一） ， 男， ４ ５ ２ ３ ７ ０ 河南省 新密市 青峰路北段。
锚 固参 数包 括 锚杆 的直 径 、 长度 ， 锚 杆 间距 、 排
（ Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ Ｘ ｉ ｎ ｍｉ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ １ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔｈ ｅ ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｒ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｂ ｕ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｄｅ ｏ ｆ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｅ ｄ ｒ ｏ ｏ ｆ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ． Ｔｏ ｂ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ，ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎｃ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｕ ｃ ｋ ｌ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｄ ｅ ｏ ｆ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｅ ｄ ｒ ｏ ｏ ｆ ａ ｒ ｅ ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ｅ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎｔ ｉ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ＵＤＥＣ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ Ｌａ ｙ ｅ ｒ ｅ ｄ ｒ ｏ ｏ ｆ ，Ａｎ ｃ ｈ ｏ ｒ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｂ ｕ ｃ ｋ ｌ ｉ ｎ ｇ，Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
现
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总 第５ ３ ４期 ２ ０ １ ３ 年 １ ０月 第 １ ０期
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Ｍ ０ＤＥＲＮ ＭＩ ＮＩ ＮＧ
煤巷 层状 顶板 锚 固体 失稳 模 式数值 分 析
张 三 要
（ 河 南省新密市煤炭学校 ）
质（ 弹性模 量 、 泊松 比、 内聚力 、 内摩擦 角 、 抗 拉 强度 等） 、 巷道 尺寸 （ 顶 板 跨度 ） 、 岩层倾角 、 顶 板 锚 固参 数 等 。因岩层 倾 角 为 ６ Ｏ 。 的 情 况 较 为少 见 ， 故 不 考 虑” ， 只对 岩层倾 角 ０ 。 、 １ ５ 。 、 ３ ０ 。 、 ４ ５ 。 进行模 拟 ， 研 究
距， 以及锚 固剂 的 密 实度 。锚 固剂 密实 度 是 此次 数
张三要 ： 煤巷层状顶板锚 固体失稳模式数值分析
值 模拟 锚 固参数 的重 要指 标 。其余 锚 固参数 在数值
２ Ｏｍ ｍ×２ ４ ０ ０ｍｍ 金 属树 脂 锚 杆
２ ０ １ ３年 １ ０月第 １ ０期
模 拟模 型 中的取值 见 图 ２ 。
煤 巷层 状顶 板失稳 的特 征 。
１ ２ Ｒ的椭 圆。因此 ， 数值 模拟模 型 沿水 平方 向取
３ ６ ｍ， 沿 垂直 方 向 取 ４ ０ ｍ， 见图 １ 。巷 道 处 于煤 层
中， 位于整体模 型的中部。在巷道顶板的中心点设
置监测 点 ， 一个模 型 中设 置 ３个 监测 点 ， ３个点 竖 向
排列 ， 间隔１ ． ５ ｍ， 最 下 方 监 测 点 位 于 顶板 表 面 ， 最
１ 建立数值计算模型
１ ． １ 模型 尺寸
上方 点处 于锚 固 区外 ， 监 测 数 值运 算 时 巷 道顶 板 的
下 沉量
在静 水 压应 力 场 中 ， 巷 道 的应 力 影 响 区形状 为
（ ａ ） 水 平 层状
摘
要
采 用理论 分析 、 数 值模拟 等 综合 方 法 ， 对煤 巷层状 顶板锚 固体 失稳模 式 的主要 影 响 因
素进行 组合 ， ຫໍສະໝຸດ 助 于数值模 拟软 件 Ｕ Ｄ Ｅ Ｃ进行 了数值模 拟 ， 得 到 了不 同煤巷 层状 顶板 组合 下的应 力
和位 移 变化特 征 。
关 键词
层状 顶板
２ ０ｍ ｍ×２ ４ ０ ０ ｍｍ 金 属树 脂 锚 杆
（ ａ ） 水 平 岩 层
ｆ ｂ ） 倾斜 岩 层
图 ２ 巷 道 锚 杆 布 置
１ ． ３ 模 型 边界 条件
围岩应 力 达 到平 衡 时 ， 锚 杆完好 ， 巷 道 顶 板 中心 点 （ 监测 点 １ ） 的位 移 为 ６ ｍｍ， 两 帮 移 近 量 大 约 为
锚 固体 失稳
数值 模拟
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎａ ｌ ｙｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ａｎ ｃ ｈｏ ｒ Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｂｕ ｃ ｋ ｌ ｉ ｎｇ Ｍｏ ｄｅ ｏ ｆ Ｌａ ｙ ｅ ｒ ｅ ｄ ｒ ｏ ｏ ｆ ｉ ｎ Ｃｏ ａ ｌ Ｒｏ ａ ｄｗａ ｙ Ｚｈ ａ ｎ ｇ Ｓ ａ ｎ ｙ ａ ｏ
煤巷 层状 顶板 失 稳 的影 响 因 素指 标 主 要有 ： 围
半径 ６ Ｒ的圆 （ 为 巷道 断 面 半 径 ） ； 在 非静 水 压 应 力场 中 ， 巷道 的应 力影 响 区 形状 一 般 为长 轴 不 大 于
岩 应力 、 顶 板各 层位 厚度 、 顶 板各 层位 的物理 力学性
（ ｂ ） 倾 斜 层状
图 １ 顶 板 模 拟模 型
Ｉ 一直接顶 ； １ Ｉ 一软弱夹层 ； Ⅲ一 老顶
１ ． ２ 锚 固参数
张三要（ １ ９ ８ ８ 一） ， 男， ４ ５ ２ ３ ７ ０ 河南省 新密市 青峰路北段。
锚 固参 数包 括 锚杆 的直 径 、 长度 ， 锚 杆 间距 、 排
（ Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ Ｘ ｉ ｎ ｍｉ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ １ ）
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