复杂地质条件下巷道支护技术研究

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1、复杂地质条件下巷道支护技术研究李世鹏山西晋城晋城泽泰安全评价中心太原理工2009.1采矿工程本科出牛年月：1981.3.29职称：助理工程师联系电话：139356437480356-2068072摘要：三维离散单元法程序(3DEC)基于不连续力学理论，采用拉格朗日求解模式使其在岩土工程及相关行业内具备强大的分析能力，能满足对节理、断层等结构的模拟分析。采用3DEC对复杂地质条件下巷道支护效果进行模拟分析，得出了锚杆全长支护是节理巷道支护的有效手段之一，为类似条件的巷道支护提供了良好的理论和实践依据。关键词：3DEC复杂地质条件节理岩休巷道支护Researchonsup

2、portingtechniqueofroadwayundercomplicatedgeologicalconditionsAbstract:Thethree-dimensionaldiscreteelementmethodprogram(3DEC)basedondiscretemechanicstheory,usingLagrangesolvingthemodelingeotechnicalengineeringandrelatedwithintheindustryhavethestronganalysisability,cansatisfythesimulation

3、analysisoffracture,faultandstructure.Thesimulatedandanalyzedisdoneoncomplexgeologicalconditionsofroadwayeffectsupport,andtheconclusionisdrawthatboltsupportingisoneoftheeffectivemeans,andagoodtheoreticalandpracticalbasisisprovidedforroadwaysupportofsimilarconditions.Keywords:Three-DEC;co

4、mplexgeologicalconditions;jointedrockmass;roadwaysupport在巷道开挖中，岩体的破坏经常被结构血的存在所控制，比如断层，剪切带，层血和节理。这些结构而的互相切割可以产生块体，这些块体可以塌落，或者沿着开挖面滑落。在这种情况下，完整的岩石很少发牛破坏，变形和破坏一般沿着单独的结构面或者面与面的交线滑动[lb基于上述情况对复杂节理巷道进行建模、开挖分析，得出一种有效的支护方法。1巷道锚固模拟1.1建立几何模型巷道开挖后原岩应力遭到破坏，围岩应力重新分布，巷道的顶底板和两帮出现变形其至破坏，其影响范围为开挖宜径的3~5倍范

5、围内。所要模拟的巷道位于含有两条节理的岩石中，它们的倾角和倾向分别为dipi=65°、ddi=40°,dip2=70°、dd2=270°。巷道直径5m,煤层厚度为3m,顶板为14m的细砂岩，底板为13m的粉砂岩，故设计选取的模型尺寸55mX55mX28m,巷道屮心线与模型Y方向平行，模型示意图见图lo模型的边界条件为：在Z方向固定模型底部X、Y、Z方向的位移，X方向和Y方向的两边界分别固定X方向和Y方向的位移，顶部边界无约束。1.2物理模型与岩石力学参数的确定3DEC拥有的材料模型有：弹性模型、各向异性模型、莫尔库仑模型、Drucker-Prayer模型、双线性頰性模

6、型、应变软化模型、蠕变模型和用户口定义模型。本文中巷道处于节理岩体中，因此采用莫尔库仑模型较适合巷道支护计算。根据地质报告知模型顶部的上覆200m岩层，平均容重为25000N/m数值计算所采用的岩体及结构面的力学参数见衣1、表2。山原岩应力测试报告知，水平与垂直应力的比值为0.5。表]岩体力学参数岩层层厚_iSi内聚丿内燎抗拉密度m模垢：模量MPa擦角强度Kg/m1(MPa)(MPa)(°)MPa细砂岩141742489841()4232560煤层3378819533300.631400表2节理及断层参数材料法向刚度(MPa/m)剪切刚度(MPa/m)粘聚力Pa内燃

7、擦角(°)抗拉強度Pa岩体节理1(X)(X)20005()00155(X)()2数值模拟方案为了模拟人断而巷道快速掘进过程屮围岩变形及应力分布情况JlJfish语言设置巷道掘进循环,每循环掘进2m掘进完成后立即支护。主要模拟模熨在己知边界条件下的初始平衡；巷道掘进后不支护条件下节理岩体中巷道围岩的变形情况；巷道开挖后立即进行锚杆支护的支护效果；监测巷道开挖过程中的最大不平衡力和节理而上的剪切位移、剪切应力。3模拟结果及特征分析3」无支护巷道围岩变形分析将模型计算应力平衡后，对巷道进行开挖。有—•条节理切割巷道右帮，因此在巷道右帮被节理切割最可能发生围