运用FLAC3D数值模拟软件,分别对埋深600、800、1 000 m和侧压系数0.5、1、1.5情况下煤层底板岩巷顶底板和两帮的垂直、剪切应力分布规律进行了模拟分析。结果表明:随着侧压系数的增加,巷道帮部围岩垂直应力呈递减状态,剪切应力、顶底板围岩垂直应力呈增大趋势;随着煤层埋深的增加,巷道围岩垂直、剪切应力集中区范围不断增大,峰值点位置逐渐向巷道围岩深部移动。研究结果对巷道合理支护选择具有指导意义。

采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,研究了中平硐煤矿4煤已采区域上方3煤上行开采的可行性。理论分析表明:3煤层处于垮落带之上;煤层间距大于上行开采必要层间距;FLAC3D数值模拟表明:在不同水平应力下,随侧压系数增大,采空区上覆岩层塑性区的范围不断扩大,塑性区发育高度经历了先减小后增大的过程;3煤垂直位移先增大后减小,最大位移距离不超过200 mm,综合以上结论,3煤上行开采可行。

为分析侧压系数对矩形巷道围岩塑性区扩展的影响,采用FLAC3D软件对矩形巷道不同侧压系数条件下的塑性区分布进行模拟研究。假设理想化的地质采矿力学环境,建立4组侧压系数数值模型,分析侧压系数对矩形巷道塑性区的影响。可以看出,侧压系数为0.5、1.5、2.0时,塑性区扩展形貌呈椭圆形,但侧压系数为0.5时,椭圆形的长轴在x轴,侧压系数为1.5、2.0时,椭圆形长轴在y轴,侧压系数为1.0时围岩塑性区扩展范围近似圆形,随侧压系数增大,塑性区扩展形貌由长轴在x轴的椭圆形逐渐过渡至长轴在y轴的椭圆形,且扩展范围逐渐增大。可以得出,顶板随侧压系数增大,破坏范围变化速率先增大后减小,底板随侧压系数增大,破坏范围变化速率先减小再增大后减小,两帮变化率一致,先增大后减小再增大。