有限元法在巷道掘进数值模拟研究中的应用.pdf

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1、第10卷第6期矿业工程2012年12月MiningEngineering59·计算机应用·有限元法在巷道掘进数值模拟研究中的应用陈德名甘仕伟王冬琳(1．章源钨业股份有限公司，江西崇义341300；2．武汉科技大学，湖北武汉430081)摘要：以淘锡坑钨矿区开拓工程为依托，采用workbench14．0有限元程序对处于大的节理裂隙下巷道开挖以及正常情况下开挖进行了数值模拟计算，分析了两种开挖情况下的围岩变化规律。结果表明，节理裂隙大的情况对巷道开挖的影响很小，与正常情况下的开挖支护要求只是略有不同。关键词：巷道；开挖；workbenchl4．

2、0中图分类号：TP311文献标识码：B文章编号：1671—8550(2012)06—0059—032．1基本假定0引言在对巷道开挖进行模拟与计算时，主要考虑大的节理裂矿山开拓过程中，岩体结构组成对巷道开挖有很大的隙对巷道的影响，弱化其他因素的影响，结合具体情况进行适影响，大的节理裂隙或结构断层对施工提出不同的要求，当简化，因此作出几点假设：1)隧道围岩视为均质，各向同对应的支护方式也不尽相同。淘锡坑钨矿区北西向的裂面性的连续性介质；2)不考虑构造应力的影响，只考虑自重应较平直，纵横延伸较大，片理带发育，断裂泥和糜棱岩断力的影响；3)支护的弹

3、性模量、泊松比等物理量与围岩相同。续可见，节理裂隙势必对巷道开挖造成影响。在即将开挖2．2建模考虑的一条巷道侧上方，有两条大的节理裂隙，可能对巷道的选取计算模型时，由圣维南原理可知，巷道对距离其顺利开挖造成影响。为了弄清楚这些影响并选取合理的支3倍跨径区内的影响最大，左右两侧约4～5倍的跨距，上护方式，本文运用workbench14．0对该区段的巷道开挖进部及下部边界约3倍巷道的高度，均满足边界条件的要求。行了数值模拟。对于节理裂隙，用不规则连续的孑L洞进行模拟，孔洞的排列走向与裂隙走向一致。设计资料及隧道设计、施工规范1工程概况选取本次模

4、拟围岩物理力学参数如表1。北西向断裂走向330。～300。，倾向北东，倾角约8O。，表1花岗岩的物理力学参数断裂平直稳定，两壁光滑且有擦痕，略具波状弯曲和膨缩属性名称数值现象，围岩中可见大致平行的挤压片理，该组断裂力学性弹性模量／GPa6O．5质显示压扭特征，均切割南北向断裂或矿脉。巷道设计为泊松比．0．23半圆形式，支护采用喷锚支护。容重／kN·rrl27．8抗压强度／MPa126．82数值模拟抗拉强度／MPa9．6Workbenchl4．0是ANSYS最新推出的工程仿真技术集成平台，其核心思想是有限元法有限元法的基本思路2．3模型的建立

5、及边界条件就是将复杂的结构看成由有限个单元仅在节点处连接的整选取100×100×100m。的模型，巷道高及跨度为体，首先对每个单元分析其特征，建立相关的物理量之间10m，采用半圆拱。节理裂隙为两条，置于巷道的斜上方，的相互关系。然后，依据单元之间的联系再将各单元组装走向大致相同。模型的边界条件：地面在Y正方向上位移成整体，从而获得整体特征方程，应用方程相应的解法，为零，左右在X方向位移为零，前后面在Z方向上位移为即可完成整个问题的分析『2]。本文利用该软件对巷道开挖零，顶面为自由表面，见图1。为了与普通巷道开挖作对进行了三维弹性数值模拟。比

6、，从而确定相应的掘进以及支护方式，同时设计了一个没有节理裂隙的模型，如图2。收稿日期：2012—06—15对模型进行网格划分，对于巷道以及裂隙附近的岩体，作者简介：陈德名(1985一)，男(汉族)，江西崇义人，章源钨业股份有限公司，担任测绘助理工程师，主要从事矿山测量与地压监采用精细划分，以期能够较为精确的模拟，对于其他部位，测方面的工作。可采用粗略划分，从而节约ansys运算时间，同时得到理