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不同岩层结构类型煤巷顶板稳定性数值分析
近些年来，诸多的理论研究及现场实践均表明，不同岩层结构类型是
煤巷顶板稳定性的重要影响因素之一，特别是对于锚杆支护的煤巷顶板而
言，这种影响更加明显。贾明魁博士通过对全国 20 多个矿区 162不同岩层结构类型煤巷顶板稳定性数值分析
近些年来，诸多的理论研究及现场实践均表明，不同岩层结构类型是
煤巷顶板稳定性的重要影响因素之一，特别是对于锚杆支护的煤巷顶板而
言，这种影响更加明显。贾明魁博士通过对全国 20 多个矿区 162 起锚杆
支护煤巷冒顶事故案例的调研分析，总结出由于煤巷顶板岩层组合的变化
而导致的冒顶事故占整个冒顶事故的 66%[1、 2] 。结合某矿区实际煤巷顶
板岩层结构变化较大的实际情况，本文拟采用数值模拟的方法来分析该不
同岩层结构类型煤巷顶板稳定性状况及其离层变化规律，以此为矿区煤巷
锚杆支护设计合理参数确定提供可靠理论依据。
.模拟软件选择
数值计算已被学术界和工程界广泛接受作为一种力学状态的分析工
具。目前用于岩石力学数值计算的有限元、边界元、离散元、刚体元、流
形元、有限差分等数值计算方法，促进了岩石力学学科的发展，使复杂岩
土工程的分析与设计发生根本性的变化。其中离散单元法( Discrete
Element Method )是一种能模拟不连续介质力学行为的方法，是由
Cundall 等于 1971 年提出的。早期的离散单元法基于刚性块体的假设，适
于研究低应力岩体的变形与破坏过程， Maini 等人针对刚性单元没有考虑
块体自身变形的缺点，利用差分法提出了可考虑岩石自身变形的离散单元
法，编制了通用分析软件UDEC(Universal Distinct Element Code) ，进一步
推动了离散单元法的发展及其在采矿等各种地下工程中的广泛应用。为
此，。
.数值模型建立
模拟时巷道埋深取H=200m （矿区煤巷平均埋深） ，巷道跨度取
L= ，巷道顶板岩层的容重取■ =25KN/m3 ，即铅直应力为 5MPa 并保
持不变，煤岩层均为水平状态，直接顶厚度为 ，巷道两侧为实体
煤。模型的几何尺寸为 24X 20m2,模型上边界施加竖直均布荷载模拟上
方岩层压力作用，两侧边界施加水平应力，下部边界固定。模拟所需的工
程参数和煤岩物理力学参数（见表1）均来自于矿区的生产实际和实验室
测试结果。
根据对矿区钻孔资料分析及现场地质情况调查结果，建立四种不同结
构类型顶板的基本模型进行模拟，四种岩层结构类型顶板分别为：单一厚
软型顶板、单一厚硬型顶板、软-硬-软型顶板及硬-软-硬型顶板。为分析
巷道顶板下沉情况，分别在模型No1 、 No3 顶板岩层跨中位置取A、 B、
C 三点对其进行位移跟踪监测，在模型No2 、 No4 顶板表面跨中位置取A
点对其进行位移跟踪监测（见图 1 ） 。
.数值模拟结果分析
为了模拟不同岩层结构巷道顶板稳定性状况，巷道跨度设置为
,。采用单因素
分析法，即只改变顶板岩层结构，其它条件均不变，巷道开挖后无支护情
况下对模型进行均匀加载，迭代 ****