北洺河铁矿井筒加固工程稳定性研究

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1、北洺河铁矿井筒加固工程稳定性研究　　摘要：井筒是矿山生产作业的重要通道，在安全生产中起着举足轻重的作用，井筒的长期稳定性是保证矿井安全高效生产的前提。本文以北洺河铁矿电梯井壁围岩破裂加固为工程背景，通过现场的收集资料、数值模拟计算等方法研究电梯井壁围岩破裂规律，采用有限差分计算程序FLAC3D，建立数值计算模型，进行了对开挖支护过程中破坏场的分析。通过对比井筒加固前和井筒加固后的数值模拟，分析得出了在井筒中新浇筑0.5m厚支撑墙和井壁混凝土厚度由原来的0.3m厚至0.4m，且钢筋混凝土墙与井壁连

2、为一体，可以有效提高井壁的承载能力。关键词：井壁破裂，数值模拟，稳定性分析中图分类号：TD214文献标识码：A北洺河铁矿是中国五矿邯邢矿业有限公司的大型地下铁矿山之一，采用无底柱分段崩落法进行采矿作业，阶段高度120m，辅助中段高度60m，分段高度15m，进路间距18m，各分段自上而下进行回采。一、模型建立及边界条件4FLAC3D是美国ITASCA国际咨询与软件开发公司开发的三维数值有限差分数值模拟软件广泛应用于土木工程、交通、水利、石油及采矿工程等多个领域，是国际岩土工程学术界指定的分析软件[

3、1]，应用应力—渗流耦合的有限差分计算原理[2]，选定了井筒作为研究区域，确定的计算模型范围如图1所示，地表标高为280m，模型上、下表面标高分别为-110m、-230m，模型尺寸为50.7m×28.6m×120m（长×宽×高）。模型单元数77760，节点数81191。图1计算模型根据对北洺河铁矿地应力实测结果，并运用线性回归分析的方法得出了最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力随深度变化的回归方程。回归结果如下[3]：（1-1）（1-2）（1-3）式中：、、分别代表最大水平主应力、最小水平

4、主应力、垂直主应力，单位MPa；H为测点埋深，单位为m。表1岩体力学参数表表2岩体渗流参数表二、计算结果4本文主要模拟竖井的开挖和支护过程中井筒的变化规律，开挖和支护的总长度为105m，从-110~-215m，每开挖和支护一步为5m，分21步开挖和支护，采用流固耦合计算，由于篇幅有限，本文只选取了一部分关键计算。图2第十步开挖支护到-160m塑性区沿x轴剖面云图沿x轴在井筒位置切开可以看出在-110~-160m区间塑性区云图没有变化，表明井壁没有发生破坏，如图2所示。图3第二十一步开挖支护到-2

5、15m沿x轴塑性区剖面云图开挖支护到第十五步，即-185m时，在-185m水平以上井壁出现局部破裂，当开挖支护到第二十一步，即到-215m时，如图3所示，从塑性区的剖面云图中可以看出井壁发生明显破裂，破裂的位置集中出现在-160~-210m之间。图4加固后的电梯井平面图图5加固后塑性区沿x轴剖面云图在井筒中新浇筑一0.5m厚支撑墙和井壁混凝土厚度由原来的0.3m厚至0.4m，且钢筋混凝土墙与井壁连为一体之后，通过加固后的数值模拟计算，从图5塑性区云图中看出，修复后的井壁完好，井筒的整体稳定性有了

6、很大的提高，达到了加固的目的。4三、分析与小结通过对井筒开挖和支护过程中，应用数值模拟，对塑性区进行了对比分析，随着开挖深度的增加，导致孔隙水压力和地应力的逐渐增大，因此在共同的作用下，井壁在达到极限承载能力后发生破裂，，井壁的破裂程度明显加强；得出在井筒中新浇筑0.5m厚支撑墙和井壁混凝土厚度由原来的0.3m厚至0.4m，且钢筋混凝土墙与井壁连为一体，井壁围岩的破坏程度得到了很好的控制，取得了良好的效果。参考文献彭文斌．FLAC3D实用教程[M]．北京：机械工业出版社，2011．彭苏萍，王金安

7、．承压水体上的安全采煤—对拉工作面开采底板破坏机理与突水预测防治方法[M]．北京：煤炭工业出版社，2001．欧阳振华，蔡美峰，李长洪．北洺河铁矿地应力与采动应力测量[J]．中国矿业，2005，14(12)：67~70．4