基于ADINA的动压影响下巷道围岩稳定性数值分析.pdf

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1、2011年第1期能源技术与管理25doi：lO．3969~．issn．1672-9943．2011．0l010基于ADINA的动压晌下巷道围岩稳定性数值分析翟守俊，王文学，胡巍，吴慧蕾(1．浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州310002；2．中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州1221008)[摘要]针对受上部煤层采动影响的底板运输巷道，进行了工程地质有限元数值分析。在调查分析了矿区煤岩地层物理力学性质的基础上，利用非线性数值分析软件ADINA建立了开采工作面的三雏有限元分析模型，并将巷道围岩位移的数

2、值分析结果与实测结果进行比较，分析了巷道受采动影响的变形特性，为巷道围岩支护提供了一定的依据。分析结果表明：受采动压力影响，应力开始向巷道围岩深部发生转移，巷道围岩靠近采动煤层一侧测点的水平位移值较大；化学浆液锚注支护发挥着较为优异的维护巷道稳定性的作用。[关键词]动压；锚注支护；有限单元法；三雏模型[中图分类号]TD322[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2011)01-0025-02沉降，以及渗流、结构、温度场耦合分析等[]。0引言1．2三维有限元模型的建立随着采矿规模的日益增大，开采深

3、度也越来为了分析煤层采动对巷道稳定性的影响，建越大，所造成的巷道围岩压力也越来越大，巷道受立了煤层采动的三维计算模型。模型计算范围的采动影响后，使得围岩的强度和稳定性进一步降大小是影响计算合理精度的主要因素]。建立本低，这就给巷道围岩控制和巷道支护及维护带来三维计算模型时，选择实际巷道长160m，如图1了非常大的困难。研究和了解受采动压力影响时所示。由于煤层采区边界与巷道轴线并不平行，建底板应力分布及巷道变形规律是确定合理的支护模过程中为了方便采用软件的平移技术建立了方式与参数及支护时机等问题的基础l1。

4、本文在555根锚杆，如图2所示，因此，模型以巷道轴线调查分析了矿区煤岩地层物理力学性质的基础为主线，宽度方向平行于巷道轴线；为了消除应力上，利用非线性数值分析软件ADINA建立了开采边界效应和位移边界效应，取巷道距模型边界的工作面的三维有限元分析模型，分析了巷道受采距离为巷道跨度的5倍，顺延煤层倾向取模型长动影响的变形特性，为巷道围岩支护提供科学依度297．91m，模型高度90．14m。计算边界条件为据。位移约束边界条件，Y轴方向和z轴方向为法向位移约束，取重力加速度为9．80m／s。其中巷道模1有限元模

5、型型中部建立了40m化学浆液锚注支护段用作对1．1ADlNA简述比分析。模型位移观测点与实际多点位移计的观ADINA是由国际上著名的麻省理工学院K．J．测站位置相同，每断面布置5个测点，以270测站Bathe教授领导的ADINAR&D公司研究开发的商用工程软件。ADINA软件是基于有限元技术的大型通用分析仿真平台，具有强大的前、后处理功能和求解器。ADINA在计算岩土变形和稳定性方面具有很强的优势，主要体现在岩土材料模式丰富，包括Drucker—Prager材料模型、Cam—Clay材料模型、Mohr—C

6、oulomb材料模型、曲线描述的地质材料模型以及自定义模型等；提供多种地质断层、节理裂隙处理方法；具有锚杆、抗滑桩等杆单元算法，能够模拟动态施工及其变化过程；多孔介质特性耦合各种非线性岩土模型，进行渗流、固结图1三维模型计算网格图26翟守俊，等基于ADINA的动压影响下巷道围岩稳定性数值分析2011年第1期为例，靠近煤层一侧编号为270一l，相应远离煤层移值要大于背离采动煤层一侧测点(261—5和一侧编号为270—5，如图2所示。270—5)的水平位移值。(3)经化学浆液锚注支护后，与相邻的265测点相比

7、较，巷道的270测站水平位移减小幅度分别为5．97％及44．04％，移动速率也相对较小。因此，在动压条件下，化学浆液锚注支护发挥着较为优异的维护巷道稳定性的作用。3分析与小结(1)本文建立了煤层采动对巷道稳定性影响的三维有限元数值计算模型，分析了不同支护方图2巷道轮廓及锚杆布置示意图式下巷道围岩位移变化。建立该采动模型时采用Mohr—Coulomb材料(2)从三维有限元模型计算结果可以看出，受模型，并运用单元生死模拟采掘工作面动态推进煤层采动的影响，巷道围岩均向岩体内部移动，应煤层变化过程。共有10个单元

8、组，36608个计算力开始向巷道围岩深部发生转移；靠近采动煤层节点，33528个计算单元；同时设置了单元的生死一侧测点的水平位移值要大于背离采动煤层一侧用来模拟煤层开采对巷道围岩应力和位移的影测点的水平位移值。经过对比分析得出，化学浆液响，每单位时间沿走向“开采”煤层4m。锚注支护发挥着较为优异的维护巷道稳定性的作2动压巷道锚注支护数值计算结果及分用。(3)将煤层采动的三维有限元分析与实测结析果对比可以看出，所建立的计算模型能