基于Drucker-Prager破坏准则下的深部断层巷道支护探究.pdf

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1、·110·2014年第2期2014年4月SichuanBuildingMaterials第40卷总第178期DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2014.02.049基于Drucker-Prager破坏准则下的深部断层巷道支护探究戚福周,吴亚州(安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南232001)摘要:随着煤矿开采深度的加大,深部地质情况变的支护效果。得更加复杂,巷道支护也愈加困难。其中深部断层就是影1工程概况响煤矿开采的重要地质因素。根据巷道穿越断层的实际情况,基于Drucker-

2、Prager破坏原则,选择合理的支护方式,淮北矿区某矿机巷沿煤层布置,其掘进过程中需要穿并结合数值模拟和工程实际监测,确保充分发挥支护性能,越多组断层构造,致使巷道围岩变形尤其严重,极易发生对今后相似工程的设计和补强起到重要的借鉴意义。安全事故。该层煤的节理裂隙比较发育,构造应力比较大,关键词:巷道支护;数值模拟;破碎断层;地应力致使该巷道的变形破坏机理比较复杂。为了尽量模拟巷道中图分类号:TD353文献标志码:A的真实情况,选用直腿半圆拱。该采区煤层厚度为4m,埋文章编号:1672-4011(2014)02-0

3、110-02深600m。顶底板岩性分别为粉砂岩和泥岩,粉砂岩厚度为18m,泥岩厚度为10m。随着煤巷深度的不断增加,巷道StudyofDeepFaultRoadwayBasedon压力也在不断增大。采用锚网喷支护,另外对局部区域支Drucker-PragerFailureCriteria护加强可以较好地解决围岩变形,保持巷道稳定。QIFuzhou,WUYazhou(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,AnhuiUniversity2数值模拟ofScienceandTec

4、hnology,Huainan232001,China)2．1模型建立针对该矿区的地质资料和所处巷道的实际情况,模型Abstract:Withtheincreasingdepthofcoalmining,geo-尺寸定为50m×50m×5m。为了真实模拟模型位移边界条logicalconditionindeeproadwaybecomemorecomplex,sup-件,对模型四周边界施加位移约束,保证其在X,Y方向portingproblembeingmoreandmoredifficult.Thedeepfa

5、ultis的水平位移为零,顶部边界施加550m上覆岩层自重。本theimportantgeologicalfactorsofcoalmining.Accordingtothe次模拟计算采用Drucker-Prager破坏准则,对巷道蠕变一actualsituationofroadwaycrossingfault,basedontheprinciple年的结果进行分析。ABAQUS采用结构性划分对模型剖分,ofDrucker-Pragerdamage,choosingrationalsupportmode,开挖区域

6、网格稠密,其余部分逐渐稀疏,约划分1．8万个combinedwithnumericalsimulationandengineeringmonitoring,网格,模型网格划分如图1所示。ensuresthemtoofferthesupportperformance,provininganim-portantreferenceforengineeringdesignandstrengthening.Keywords:roadwaysupport;numericalsimulation;bro-kenfault;st

7、ress0前言断层是影响煤矿开采的重要地质因素。当巷道穿越断层,随着巷道的不断开挖,断层带附近的位移场,塑性分布区及地应力都会发生显著变化。对于复杂断层带巷道的挖掘,无法弄清地应力与位移的真实改变,所以选取合理的初始位移条件,建立适当的模型,进行数值模拟,显得尤为重要。利用ABAQUS进行巷道支护数值模拟分析。图1模型网格划分ABAQUS是一种大型通用有限元软件,它不仅能进行静态和准静态分析,瞬态分析、弹塑性分析等结构分析和热分2．2锚杆参数选取及支护方案[2]析外,还能够进行流固耦合分析、热固耦合分析等。因此基

8、于锚杆计算公式及支护经验可得出锚杆的各项参被广泛用于机械制造、土木工程、隧道桥梁、汽车制造、数范围,锚杆长度确定为2．2~2．5m,锚杆直径为20~24航空航天等领域[1-3]。本文通过ABAQUS软件来模拟断层mm,间排距为0．8~1．0m。为了探究巷道基于蠕变情况下对巷道顶底板以及两帮的影响过程和支护形式对巷道围岩的支护并得出最优支护方案,考虑从锚杆的长度、直径和间排