不同应力状态下采场稳定性的数值模拟分析.pdf

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1、第35卷第2期矿冶工程V01．35№22015年o4月MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGApril2015不同应力状态下采场稳定性的数值模拟分析①郭阳，李夕兵，马春德，马少维，杨晨(中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083)摘要：为研究开挖影响采场稳定性的应力因素，利用ABAQUS有限元分析软件，对不同应力状态下的采场稳定性进行了数值模拟，结果表明：当侧压力系数接近于1时有利于开挖的安全性；初始应力增大有利于减小开挖引起的应力重分布过程中的应力增加；初始侧向应力增加有利于开挖后的应力释放，有利于减小开挖后边壁

2、处的竖向应力。关键词：应力状态；开挖；采场稳定性；数值模拟中图分类号：TD32文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．0253—6099．2015．02．009文章编号：0253—6099(2015)02—0038一o4NumericalSimulationforStabilityofStopeunderDiferentStressConditionsGU0Yang，LIXi—bing，MAChun—de，MAShao—wei，YANGChen、(SchoolofResourcesandSafetyEngineering，Central

3、SouthUniversity，Changsha410083，Hunan，China)Abstract：Inordertoinvestigatefactorsgoverningthestabilityofstopeunderexcavation，numericalsimulationwasconductedwithABAQUSfiniteelementsoftwareforthestabilityofstopeunderdifferentstressconditions．Itcanbeconcludedfromtheanalysisthatthec

4、oefficientoflateralpressureapproachingtoIcanincreasethesafetyinexcavation．Anelevatedinitialstresscanslowdowntheincreaserateofstressintheprocessofstressredistributioncausedbyexcavation，whileanelevatedinitiallateralstressisbeneficialtoreleasingthepost—excavationstress，thusreduci

5、ngtheve~icalstressatthesidewallafterexcavation．Keywords：stressstates；excavation；stabilityofstope；numericalsimulation目前，地下矿山基本上都已经采至深部，深部的采矿房18m。通过现场试验和实验室实验，再经过折场应力更加复杂，稳定性更差；与此同时，为了提高开减，得到矿区岩体的工程参数，如表1所示。采效率，矿山都尽可能提高采场规模¨j。两者都对采场稳定性提出了更高要求。学者们已进行了大量研表1模拟中岩体力学参数究，主要通过讨论采场结构参数一

6、或开采顺序来类别。嚣研究影响采场稳定陛的规律，研究方法主要是采用理论／MPa戆计算¨和数值模拟计算n。考虑到采场结构特性和有限元方法的计算条件，本文采用有限元数值软件，对不同应力状态下的采场稳定性进行了模拟，分析讨论了开挖引起的围岩应力状态的变化。所得结论对提高矿山采场稳定性，确保安全生产有一定指导意义。2数值模型建立1工程背景2．1数值分析软件某矿山矿区全长21．6km，矿体厚度20m左右，矿有限元法考虑了岩体材料的应力应变关系，可对体坚固性系数6—11，平均品位23．05％。矿体倾角80。结构应力及位移分析并模拟现场复杂的几何条件、荷左右，直接

7、顶板岩性主要为灰、深灰色中厚层状细粒含载条件和材料特性以判断其对采矿场稳定性的影响，磷白云岩、白云质磷块及白云质砂屑磷块岩，底板以白使计算结果更精确合理。ABAQUS有限元软件的计算云岩为主。矿山采用嗣后胶结充填采矿法，矿柱12m，收敛速度较快，并容易操作和使用。由于高阶段厚大①收稿日期：2014—10—13作者简介：郭阳(1988一)，男，河北邯郸人，硕士研究生，主要研究方向为．岩．土工程稳定、性．。第2期郭阳等：不同应力状态下采场稳定性的数值模拟分析矿体开采，矿块开挖后采空区上覆岩层存在较大的变从图2中可以看到，当侧压系数为0．8—1．0时开形

8、与位移，岩体为非线性弹塑性介质，因此，选用求解挖能够承受的初始竖向应力最大，达到7MPa，当侧压非线性问题较强的有限元软件