不同井筒直径条件下马头门围岩变形规律数值分析1

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1、不同井筒直径条件下马头门围岩变形规律数值分析韩永强I,王大顺I,李文乔I,岳滨2(1.煤炭工业郑州设计研究院有限公司,河南郑州450072.郑州煤炭工业(集团)有限责任公司,河南郑州45007)摘要：本文运川数值模拟软件FLAC3D研究了不同井筒直径条件下马头门部位井巷围岩变形的一般规律。研究认为不同井筒直径，马头门巷道顶板位移量峰值出现在距巷道中心13m〜15m范围内，马头门巷道底板位移值随着距巷道屮心距离的增人而减小；不同直径井筒的径向位移Illi线在马头门巷道顶板附近呈下凹盆地形状，径向位移峰值出现在马头门巷道顶板上方10m到18m范围内。

2、关键词：马头门；数值模拟；围岩变形Abstract：ThepaperresearchedthegenerallawofingateroadwaydeformationunderthedifferentshaftdiameterwithNumericalsimulationsoftwareFLAC3D.Theresultofthereearchshowedthatthepeakvalueofroofdisplacementappearedinthelocationwhichisawayfromroadwaycenter13m~15m;floorDi

3、splacementofingateroadwaydecreasedwithincreasingdistancefromtheroadwaycenter;radialdisplacementcurvelookedlikeabasin,andthepeakvalueofradialdisplacementappearedabovetheingateroadwayroofabout10m〜18m.Key:ingate;numericalmodeling;deformationofwallrock1＞引言马头门是矿井的关键部位，其特点是位置特殊，设计断

4、而大，服务年限长。在马头门巷道施工过程或使用期间，由于帀岩失稳破坏而造成的塌方、冒顶事故时有发生。矿山井巷工程与其它地下工程相比，特点之一是由于矿休是以天然状态赋存的，不能任意选定矿井位置、井巷工程的方位和深度以及围岩性质等，但巷道断而形状尺寸、掘进方法、巷道布置和支护类型与特性等，却具有广泛的调节余地。本文运用数值模拟软件FLAC3D针对不同井筒直径的马头门部位井巷围岩移动进行分析，研究在此条件下围岩变形的一般规律，通过数值模拟研究，得岀了一些有意义的结论。2马头门模型及试验方案2.1模型构建小型矿井马头门的高度一般不低于4.5m,大中型的矿井

5、的马头门斜面段的水平长度为大多在13m〜20m,在模拟屮，取该段长度为15m,这样模型既得到了简化又在一定程度反应了现场的实际情况。模型尺寸：宽⑵x高(y)X厚(x)=40rnX45mX40m,原点位于巷道底板中心上。计算地质网格模型如图2-1所示。vurumsVOLUAFTCCT11200€21il

6、ockmassintensityparameterstable参数体积模量剪切模量抗拉强度内聚力内摩擦角密度岩性/GPa/GPa/MPa/MPa/°/kg/nr砂质泥岩4.012.411.2900.6222615中粒砂岩4.082.681.7790.80272715细砂岩5.703.931.4871.03352746煤0.700.380.3350.43201447砂质泥岩3」62」71.2970.50262627泥岩1.49().851.2660.392426122.3边界条件应力施加在模型上部边界，模型水平边界限制X,Z方向的位移；底边为固定约

7、束,在X,y,z三个方向上无位移。2.4强度准则模拟采用基于弹塑性理论的摩尔一库伦模型，该模型能够反映岩土材料抗压强度不同的S-D效应以及对正应力的敏感性。模型变形模式为大应变变形模式，马头门开挖空间采用零模世(modelnull)来模拟。2.5试验方案井筒直径D二5m、6m、78mo马头门高度为6m,一侧长度为15m,变平处巷道宽度为4.5m,高度为5.0m。垂直应力为9.94MPa,侧压系数取1,方案见表2・2。表2-2井筒直径变化模拟方案Table2-2pitshaftdiametervarietysimulationprogram结构参数

8、方案序号井筒直径/m头门高度/m垂直应力/MPa侧压系数斜面段长度/m变平处巷道宽/m高/m15.06.09-941.026.06.09