基于 MatDEM 的锚杆索支护煤巷稳定性数值模拟实验研究

摘 要：以某煤矿受叠加支承压力强烈影响的锚杆索支护煤巷为背景，针对巷道大变形特征，以及颗粒离散元模拟方法缺少支护构件等问题，利用矩阵离散元软件 MatDEM，建立叠加支承压力影响煤巷三维颗粒离散元模型。通过颗粒生成 clump 来模拟锚杆和锚索支护构件，研究叠加支承压力作用下的巷道围岩应力分布规律和变形特征。利用颗粒堆积方法，综合考虑支护体内部颗粒与颗粒之间以及支护体与外界颗粒之间的相互作用力，建立了 MatDEM 软件中颗粒堆积型锚杆和锚索模型。研究表明：煤柱和工作面回采产生的叠加支承压力诱导巷道围岩产生非对称集中应力，且主要分布在巷道的顶板位置，应力集中系数最大达到 2.4，叠加支承压力的强烈影响范围为超前工作面 30 m 左右；巷道顶、底板以及两帮均出现强烈收敛变形，并在应力集中区产生大变形特征，其中底鼓量约为 1 m。

图2 颗粒离散元数值分析模型 

图４ 锚杆和锚索构建步骤

图8 41211工作面回采过程中超前支承压力变化规律

图10 41211工作面不同掘进度位移变化