缓倾斜煤层巷道断面优化：UDEC数值模拟下的不规则梯形方案

缓倾斜煤层回采巷道断面形式的研究是煤炭开采领域中的关键问题，本文由作者于洋、张亮、马述起和张科学合作完成，发表在《中国科技论文在线》。他们针对山西某地煤矿的具体开采条件，利用先进的离散元数值模拟软件UDEC进行深入分析。研究对象主要聚焦于缓倾斜中厚煤层，这种煤层由于煤质柔软且厚度较大，巷道的断面设计对其稳定性有显著影响。 研究者们首先提出了不规则梯形、矩形和直墙半圆拱三种可能的巷道断面形式，这些都是在实际工程中常见的选择。通过对这些断面形式进行二维数值模拟，他们关注的主要指标包括回采巷道的应力分布、应变变化以及塑性区的破坏特性。这些数据对于评估巷道的承载能力和安全性至关重要。 在模拟过程中，401工作面作为研究案例，其地质条件复杂，直接顶为发育节理的泥岩，中砂岩易发生离层，上部砂岩层赋水性强，煤层本身则有一定的倾斜度和普氏系数。研究团队特别关注了直接底的粉砂岩和老底的细砂岩特性，这些因素对巷道设计的适应性和安全性有直接影响。 计算模型的建立是研究的核心步骤，通过莫尔-库伦力学模型，他们确保模型具有足够的大小以消除边界效应，巷道被置于模型中心，底部边界保持固定。这样的设置有助于更精确地模拟巷道在真实开采环境下的行为。 通过模拟结果的深入分析，研究团队最终得出结论，在这种特定的缓倾斜中厚煤层开采条件下，不规则梯形断面形式表现出最优性能，能够有效减少巷道变形，增强围岩稳定性，从而保障矿井的安全生产并提高经济效益。这一研究成果为类似矿井的巷道设计提供了重要的工程指导和科学依据。