巷道围岩蠕变特性及支护效果数值模拟研究.pdfVIP

第 9卷 第 4期 矿 业 工 程 2011年 8月 M iningEngineering 61 · 计算机应用 · 巷道围岩蠕变特性及支护效果数值模拟研究 韩 猛 王连 国 (1．中国矿业大学 ；2．深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏 徐州 221008) 摘要 ：在地下工程尤其是高地应力分布 区围岩稳定性分析 中，必须考虑岩石 的流变特性 。为了更好 的 控制巷道 围岩变形，本文从蠕变 的角度 ，对高地应力下巷道围岩进行分析研究，利用 FLAC3D数值模拟软 件进行模拟分析 ，提 出不 同的支护方案 ，并提 出对工程实践有指导意义的支护建议 。 关键词 ：巷道围岩 ；蠕变 ；支护 ；数值模拟 中图分类号 ：TD352 文献标识码 ：A 文章编号 ：1671—8550 (2011)04—0061—04 0 引言 1 数值计算模型 随着经济发展 以及对煤炭资源需求 的增加 ，我 国矿井 1．1 数值计算模型的建立 开采深度也不断加大 。随着开采深度 的增加 ，巷道 围岩蠕 本次计算模 型尺寸为 ：60rn (z)X5Om (v)X70m 变现象更加明显，尤其在深部软岩巷道 中，由于巷道蠕变 ()，建立了8种不 同岩层 ，置巷道于单一岩层 (砂质泥 引起 的巷道破坏案例也逐渐增多，给矿井巷道 的支护带来 岩 ，第 6层)。模型走向、倾向方向均施加水平约束 ，底边 了新 的问题 。 界施加垂直约束 。巷道半圆部分半径为2m，侧帮高2En。 为了控制巷道围岩稳定性 ，各种减小巷道变形的支护 在模型上 边界施加 16MPa应力 ，以模拟模 型处 于 措施 已广泛应用于工程实践 ，如刚性支撑 、衬砌、锚 固、 800m埋深应力状态 。 喷锚支护等 以及将上述诸方法组合而成 的联合支护 。 1．2 数值计算模型参数选取 在长期荷载作用下的巷道支护设计必须考虑岩石 的流 — — 数值计算本构模型。FLAC3D有限差分计算软件 变特性。侯朝炯等l1通过巷道变形的观测和实验研究，认 提供 了能用于模拟材料蠕变特性的计算模式，本文选用软 为岩石的峰后蠕变是巷道大变形的主要原因。刘高[提 出 件中内嵌的伯格斯 (Burgers)蠕变模型和摩尔一库伦模型 了结构性流变的观点。彭苏萍 【。等针对 “三软”煤层巷道 合成 的伯格蠕变粘弹塑性组合流变模型。 围岩大变形、难支护的具体情况，以显德汪矿主输送大巷 — — 材料参数选取 。 为研究对象，进行 了三轴压缩流变试验 ，获取泥岩 的流变 · 岩层参数选取 ：根据相关资料 ，各岩层岩石力学参 参数 ，进而为下一步巷道支护设计提供科学的依据 。刘夕 数选取如表 1。 才l4依据轴对称巷道的基本方程和马克斯威尔流变模型稳 · 流变参数选取 ：根据相关资料 ，组合模型的各参数 态蠕变阶段的体积不变与弹性应变率不变条件，分别推导 选择见表 2。 了巷道的线性与非线性粘弹性理论解。万志军 等基于大 1．3 计算方案 量的岩块流变试验 ，从岩石长期强度 的衰减特征和岩石 的 本文建立多种模型，主要有 以下计算方案：1)无支护 应变能守恒原则出发，建立 了非弹塑黏性元件组合模型的 表 1 各岩层参数 软岩 (煤)非线性流变数学力学模型。 … 称 k褪 一 本文应用