潘二矿井软岩巷道支护技术与数值模拟.pdf

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1、InternalCombustionEngine&Parts·145·潘二矿井软岩巷道支护技术与数值模拟牛犇（淮南煤矿勘察设计院，淮南232001）摘要院软岩巷道具有高地压、难支护和持续变形破坏工程特征，实践表明，现有支护难以耦合控制。通过对软岩变形破坏机理数值模拟分析研究，提出了一次支护锚网喷，二次支护为注浆加固的控制方案，经工业性试验，矿压监测表明，围岩的强烈变形得到了有效控制，保证了巷道稳定，并且技术合理，经济可行。关键词院软岩；数值分析；锚注0引言式中：n为挖去单元数；[B]为单元应变阵；{滓}为单元近年来，现代计算力学数值分析法是随着高集成度电应力矢量。子计

2、算机的应用逐渐发展起来的，近些年来逐渐被推广应将上式计算出来的开挖边界节点力作为外荷载反向用到岩石力学以及地下工程中。在地下工程分析中常用的加到对应位置，即进行反向应力弛放，从而实现开挖过程[2]数值方法有有限元法，边界元法，离散元法，块体理论，反的模拟，分析输出围岩的本构关系。演分析等等。其中基于连续介质力学发展起来的有限元法2算例和边界元法，是截至目前来说比较成熟的围岩中小变形分2.1工程概况析方法。作者根据软岩巷道变形机理和控制技术的研究实淮南矿区潘二煤矿一水平标高为-530m，开拓巷道布践基础上，采用有限元法对软岩巷道开挖支护进行分析研置在软岩层位上，岩性为粉

3、砂岩、页岩和泥岩组成的岩组，36究，并提出以锚注增强为主的支护控制技术，实践中能够岩石物理参数为，容重：25kN/m，弹模：1.0E，泊松比：0.3，较好的控制软岩巷道的持续变形，以保持巷道的稳定[1]。粘聚力：3000kPa，内摩擦角30度，抗压强度：35MPa，抗拉1岩土本构关系的确定强度：2000kPa。目前工程领域中有两套较常用的岩土计算模型，其一2.2模拟方案及结果分析是弹塑性模型，其二是邓肯一张等人提出的非线性弹性模模拟方案分为：锚网喷支护和一次支护锚网喷，二次型。下文将针对第二套计算模型———非线性弹性模型展开支护为注浆支护二种方案。研究。非线性弹性规定

4、，土的弹性模量E和泊松比滋是随2.2.1锚网喷支护压力状态而变化的，其数值因其所处的压力阶段而有所变锚网喷支护后位移矢量如图1所示，最大主应力等值化，并且直接反映在函数上。线如图2所示，屈服接近度等值线如图3所示。从位移矢Ei=KPa（滓3/Pa）n量图看出，锚网喷支护后围岩产生的位移和无支护相比明E=[1原RS]xE显减少，但仍存在一定程度的顶板位移和底板底臌现象。tfi2图2所示最大主应力等值线反映出巷道表面应力基本在ut=[G原Flog（滓c/Pa）]/（1原A）其中：S=（滓1原滓3）（/滓1原滓3）f100~1600kPa的范围内，应力较小，随着变形的发展，

5、最大应力逐渐向深部转移，巷道表面围岩存在较大的塑性变形A=D（滓1原滓3）（/1原RfS）Ei破坏，支撑能力损失较大，只能通过锚网喷进行补强。从锚（滓1原滓3）f=（2Ccos准+2滓3sin准）（/1-sin准）网喷支护屈服接近度等值线10看出，围岩表面屈服接近式中：Et、滋t分别为切线弹模和切线泊松比。度最大为2.2，最小为0.7，表明该区域巷道围岩出现一定围岩破坏判断：目前主要包括拉坏和剪坏两种破坏形程度的塑性而产生屈服，出现破坏现象，而通过锚网喷支式。在拉坏形式下可取弹性模量滓3越0.1Pa对应的Et值；而护对围岩变形进行控制，对提高巷道围岩稳定性的作用甚在剪

6、坏形式下弹性模量则可取S=（滓1原滓3）（/滓1原滓3）f=0.95微，为了防止变形扩大，有必要对围岩进行补强加固。对应的Et值，滋t值则取为0.49。2.2.2一次支护锚网喷，二次支护为注浆支护在开挖面上，每个挖去单元的等价节点力可通过虚拟一次支护锚网喷，二次支护为注浆支护方式，位移矢位移原理来计算。n量图4所示，最大主应力等值线图5所示，屈服接近度等T值线如图6所示，注浆支护后，锚杆受力如图7所示。从位[F1]=移蓦e[B]{滓}dxdyi=1移矢量图看出，注浆二次支护后，位移矢量逐渐趋于稳定，要要要要要要要要要要要要作者简介院牛犇（1982-），男，山东枣庄人，

7、2005年毕业于中国矿变形趋势得到有效控制。通过图5所示最大主应力特点可业大学能源与安全工程学院，2014年毕业于安徽理工以看出，巷道表面应力明显提高，从250到2500kPa，并且大学采矿工程硕士，现就职于淮南煤矿勘察设计院，最大应力逐渐向深部转移，这说明注浆加固确实大幅度提主要从事采矿及安全方面的勘察设计工作。高了巷道围岩的承载力，使其从塑性逐渐转变为弹塑性或·146·内燃机与配件-4856.8543-0.2971-4557.6835-0.1405-4258.51280.0162-3959.34200.1729-3660.17130.3296-3