软弱岩层巷道围岩控制的数值模拟分析研究.pdf

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1、第64卷第4期有色金属(矿山部分)2012年7月doi：10．3969·／J．issn．1671。4172．2012．04．014软弱岩层巷道围岩控制的数值模拟分析研究吕志云，夏明强(1．青海省第六地质矿产勘查院，青海格尔木816000；2．青海省第三地质矿产勘查院，西宁810000)摘要：大倾角“三软”破碎带内巷道围岩失稳问题是矿山开采所面临的主要问题之一。以青海某金矿的软弱围岩巷道为背景进行有限元模拟，发现大倾角破碎带巷道开挖后应力重新分布，且应力变化范围较大，其中拱腰和低边墙出现应力集中，发生拉应力破坏

2、。通过对应力集中区进行锚杆支护，有效地控制了围岩变形。关键词：大倾角“三软”巷道；有限元；围岩控制；锚杆支护中图分类号：TD322文献标识码：B文章编号：1671—4172(2012)04—0051—03Studyonnumericalsimulationoftheweaksurroundingrockcontrolinthe1anewayLVZhiyun．XIAMingqiang(1．TheSixthInstituteofQinghaiGeologica1MineralProspecting，GeermuQ

3、inghai816000，China；2．TheThirdInstituteofQinghaiGeologicalMineralProspecting，Xining810000，China)Abstract：Thesurroundingrockinstabilityoflargeanglelanewaywiththree-softcrushedzoneisoneofthema—jorproblems．TheweaksurroundinglanewayofonegoldmineinQinghaiissimula

4、tedandanalyzedwithFEM．Itisshownthatthestressdistributionisalteredlargelyandthechangerangeiswide．Thestressconcentrationtakesplaceinlateralwallandcrownanditbelongstopullingstressdestroying．Thezonewithstressconcentrationissup—portedwithanchorbolttOcontrolthede

5、formationofsurroundingrockeffectively．Keywords：largeanglelanewaywiththree-softcrushedzone；finiteelementmethod(FEM)；surroundingrockcontrol：boltsupport青海某金矿矿体下盘破碎带平均厚度10m以已知微分方程和边界条件的模型。因此在矿体下盘上，倾角7O。以上。位于下盘破碎带内的脉外巷道破碎带内巷道计算模型中采用了三角形二维单元的为大倾角“三软”巷道，巷道顶板均为破碎泥化

6、带，围有限元格式。由弹塑性理论可知，在平面应变问题岩力学性质呈现非线性。回采巷道变形量大、支护中，其平面内任意一点的应力状态在y—Z平面内困难。因此本文以上述破碎带地质条件为模型基可由4个应力分量、、。和r来描述。因此在础，对巷道支护前后的应力进行对比分析，以解决此计算时只要调整剖面的剖分位置及其方向，使得该类巷道的围岩控制问题。剖面上有两个剪应力始终保持为零，就可将复杂的三维问题简化为二维平面问题来进行计算。因此本1计算模型及分析过程模型计算以平面应变问题处理，沿破碎带的倾斜方1．1破碎带物理力学性质试验向

7、取一剖面，同一岩层视为各向同性体，不同的岩层对破碎带内的各岩性做了物理力学性质实验，按不同的材料处理。模型为一高38．1m、宽36．8其详细参数见表1。m的长方体，厚度取单位厚度。为了减少计算工作1．2计算模型量，提高计算精度，采用了八结点等参数单元，每个有限单元法中非线性的三角形单元对复杂边界单元可算出9个高斯点的应力分量。有较强的适应能力，而且伽辽金法l1]可用于求解根据该地区的具体情况，进行有限元数值分析，建立的坐标系如下：以水平方向向右为X轴正方作者简介：吕志云(1977一)，男，工程师，采矿工程专业

8、，主要从事矿向，垂直方向向上为y轴正方向。本模型约束条件山井下开采工作。为：位移约束底边和一条垂直边界，在另一垂直边界有色金属(矿山部分)第64卷上加应力约束。计算剖面各边界上的约束情况：在重侧压应力。在应力约束边界上，有由于岩体自y一0的左边界上采用y方向零位移约束，在X一0重而产生的侧向应力，它是一个分布荷载，呈三角形的下边界上采用X方向零位移约束。y一368rn的分布在右边界的面上，荷载值随深