浅埋软岩巷道变形机理数值模拟分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一
固定断面巷道变形的影 响范围为 １ｍ。因此建议 ：巷 ０
道开挖支护时 ，所有支护工序最好在与巷道掘进工作面 １ｍ之 内全部完成 ，以保证巷道的稳定 。 ０
第 ＝ 组 １ ｍ ． ５
第三组 ２ ｍ
０２ ６ ＋ ７ ．２Ｅ ０
０２ ６ ＋ ７ ．２ Ｅ ０
３８ｃ ．５ｍ
４８ ｃ ５ｍ
二 ２（・ ＼ ２） ３ Ｊ厶，
．
６ｃ （ ｏｓｐ
（． ３３）
三、本构模 型及 力 学参数选 取
式 （ ． ）、 （ ．）中的 ３２ ３３ 和 可 由拉 、压 屈服应力
３１ ．本构模型的选取 目前 国 内外 学 者对 岩石 材 料本 构关 系 的研 究有 很 多种 ，但是 根据宏亚矿 的具体地 质条件 ，这里采用
一
般情况下对浅埋软岩巷道围岩体研究主要集 中在
图 １Ｄ１ １１ ３１工作 面平 面示意 图
其变形规律 、稳定性以及支护技术 三个方面 ，缺少一定
的数值计算分析 ，因此本文结合宏亚 的具体地质条件和 巷道破坏情况 ，建立数值计算平面模型 ，计算 软岩巷道
的应力和变形情况 ，确定影响浅埋 软岩巷道稳定性的主
主要 因素有巷道 围岩的性质 、围岩结构 和破坏情况 、巷
（）． ｂ２５ 方 向位 移变 形 图 ｍＹ
图１ ． 锚杆综合应力和Ｙ ０ ５ ２ｍ 方向位移
道位置 、深度 、巷道 的断面尺寸和形状 、以及支护类型
等。
由图７ 图 １数值模拟结果可得 出表４ ～ Ｏ
表４ 模型结 果对 比
模拟分组 综 合最 人应 力 Ｙ方 向
＞
沿空巷道工程为依托 ，采用 理论分析 和 Ａ ＹＳ ＮＳ 数值模 拟相结合 的方法 ，对浅埋软岩巷道的围岩变形规律及其
控制技术进行 了研究 （１ １研究 了浅埋软岩巷道 的变形及破坏机 理 ，分析 了影 响浅埋软岩巷道支护稳定 的主要因素 。结果表 明 ， 浅埋软岩巷道变形主要是顶板下沉特别大 ，两帮收敛 比 较大 ，底鼓也有一定 的变形 ，影响浅埋软岩巷道稳定 的
一
、
引言
软岩巷道 的稳定性是 源自文库个较 为复杂 的岩石力学 问 题 。从理论方面来讲 ，影响软岩巷道稳定性的因素主要
有围岩应力和围岩支护强度 ，一旦围岩体 的应力超过支
护强度 ，则软岩巷道进入不稳定状 态 ，采取围岩稳定性 的分析方法也必须根据影 响因素的主次矛盾 、不 同的条
件 和情况进行综合性 的分析来选择 。 ］
分 布计算 ，如下所示 ：
ｐ （ － ￣ Ｏ ＇ ｃ ｔ
，Ｔ ｒ
－
（ ３ ４ ）
．
（ ３
ｙ
丽ｖ （５ ｖ ｔ ３ ｃ ・
因此 ，如果有单轴受拉屈服应 力 和单轴受压屈 服
应 力ａ就可 以计算 出程序需要 的输 入值 。另外 ， 代 表 ｃ
垒垒里 旦
堕墨 旦 一 坠 堂 窒 一
最人位 移
第一组 ０ ｍ ０２ ０ ＋ ７ ２Ｅ ０ ５ ｃ ７２ｍ
（）ｌ ＮＳ 数值模拟宏亚矿Ｄ１ １ ｌ ２￣ 用Ａ ＹＳ Ｊ ３ ｌ综放工作面 的沿空 巷道 的巷 道情况 ，为巷道 的支护方案 提供 了依
Ｙ方向
毁 避力
０５ ２ ．３ ．７ ＥＯ
据。通过计算对巷道变形研究表 明，巷道开挖进度对某
Ｄ ａｋｒ ｒ ｅ） ｒ ｅ Ｐａ ｒ ｃ － ｇ ￣服准则 ，该屈服准则给予近似 ，以此来 修ｉ Ｍｉ ｓ Ｅ ｓ 屈服 准则 ［，也就是说在Ｍｉ ｓ ｅ ２ 】 ｓ 屈服 准则 中添 ｅ 加一个 附加项 ，这样对于流动准则可选相关也可选不相
关。
１ ４ 信息系统工程 ｛２ １．２ ４ ０２ ． ９０
Ｏ６ ．４ ．５ Ｅ０ ｌ
０５ ２ 一４ ．８ Ｅ０
（） ３通过Ａ ＹＳ ＮＳ 数值模拟 ，其他变量 固定 ，以锚杆 长度为主要变量研究锚注 的最佳方法 ，发现在７ 根锚杆
的情况下 以１ ｍ的锚 杆长度为最佳 。以上结果对宏 亚煤 ． ５
第 组 ２５ ．ｍ
０２ ６ ＋ ７ ．２ Ｅ ０
． ＜
． ＡＣ ＡＤＥ Ｃ Ｒ Ｅ ＣＨ 学术 研 究 ＭＩ ＥＳ ＡＲ
浅埋软岩巷道变肜机理数值模拟分析
◆ 王元峰 刘 磊
摘要 ：软岩巷道的矿压控制与巷道支护一直是长期 困扰着地下采矿工业发 展的难题之一。我 国许 多矿 区，目前都存在软岩巷道 支护 困难的问题 ，并成 为 影响矿 区发展和矿 井经济效益的主要 因素。对软岩巷道 的变形机理 的数值模拟 研究有助 于软岩支护理论的发展 。以宏亚煤矿为工程 背景 ，建立浅埋软岩巷道 数值计算模型 ，运 用Ａ ＹＳ ＮＳ 软件分析其变形规律从 而寻找 出控制软岩巷道变形 的控制技 术，确定影响 浅埋软岩巷道稳 定的主要 因素。该数值模拟结果对类似 地质条件 下的煤矿具有一定的指导意义和借鉴价值。 关键 词 ：浅埋 ；软岩 巷 道 ；变形 机 理 ；数 值模 拟
ａ 为材料参数 。 、七
在数值计算 中，Ｄ Ｐ 材料需要输入的参数有Ｅ、 、
ｃ 、 萁 确定方法如下 ： 、
均厚度为４５ ． ｍ。采用一次采全高技术 。煤层顶板岩性 由 下往上依次为粉砂岩 、粘土岩 、砂岩等 ，底板为砾岩 。
ｃ Ｌ： 一～
（ ＝ｓ Ｄ ｉ ｎ
５８ ｃ ５ｍ
０ １０ －３ ９ Ｅ０
从综合应力来看 没有 明显变化 ，从Ｙ方 向最大位移 来看 随着锚杆变长位移略有增大 ，从Ｙ 向最大应力来 方 看 １ ｍ和２ ． ５ ｍ的锚杆应力相差不 多但 明显小 于２５ ．ｍ的应
要 因素 。
Ｄ ｕｋｒ ｒｇｒ １５年提式 ： ｒｃｅ Ｐａｅ在 ２ － ９
Ⅸｌ √ ＝ （１ ，＋ Ｋ ３ ） ．
其中 ， ｌ ， 为考虑平均应力 的应力第一不变量 ； 为应力偏张量第二不变量 ；
二 、地质概 况
宏亚煤矿Ｄ１ １ １ ３ １ 的工作 面埋深 １０ ５ｍ，两个 轨道顺 槽长度为４ ５ ０ ｍ，如 图１ 所示 ，工作面倾角 １ 。，煤层平 ３
固定断面巷道变形的影 响范围为 １ｍ。因此建议 ：巷 ０
道开挖支护时 ，所有支护工序最好在与巷道掘进工作面 １ｍ之 内全部完成 ，以保证巷道的稳定 。 ０
第 ＝ 组 １ ｍ ． ５
第三组 ２ ｍ
０２ ６ ＋ ７ ．２Ｅ ０
０２ ６ ＋ ７ ．２ Ｅ ０
３８ｃ ．５ｍ
４８ ｃ ５ｍ
二 ２（・ ＼ ２） ３ Ｊ厶，
．
６ｃ （ ｏｓｐ
（． ３３）
三、本构模 型及 力 学参数选 取
式 （ ． ）、 （ ．）中的 ３２ ３３ 和 可 由拉 、压 屈服应力
３１ ．本构模型的选取 目前 国 内外 学 者对 岩石 材 料本 构关 系 的研 究有 很 多种 ，但是 根据宏亚矿 的具体地 质条件 ，这里采用
一
般情况下对浅埋软岩巷道围岩体研究主要集 中在
图 １Ｄ１ １１ ３１工作 面平 面示意 图
其变形规律 、稳定性以及支护技术 三个方面 ，缺少一定
的数值计算分析 ，因此本文结合宏亚 的具体地质条件和 巷道破坏情况 ，建立数值计算平面模型 ，计算 软岩巷道
的应力和变形情况 ，确定影响浅埋 软岩巷道稳定性的主
主要 因素有巷道 围岩的性质 、围岩结构 和破坏情况 、巷
（）． ｂ２５ 方 向位 移变 形 图 ｍＹ
图１ ． 锚杆综合应力和Ｙ ０ ５ ２ｍ 方向位移
道位置 、深度 、巷道 的断面尺寸和形状 、以及支护类型
等。
由图７ 图 １数值模拟结果可得 出表４ ～ Ｏ
表４ 模型结 果对 比
模拟分组 综 合最 人应 力 Ｙ方 向
＞
沿空巷道工程为依托 ，采用 理论分析 和 Ａ ＹＳ ＮＳ 数值模 拟相结合 的方法 ，对浅埋软岩巷道的围岩变形规律及其
控制技术进行 了研究 （１ １研究 了浅埋软岩巷道 的变形及破坏机 理 ，分析 了影 响浅埋软岩巷道支护稳定 的主要因素 。结果表 明 ， 浅埋软岩巷道变形主要是顶板下沉特别大 ，两帮收敛 比 较大 ，底鼓也有一定 的变形 ，影响浅埋软岩巷道稳定 的
一
、
引言
软岩巷道 的稳定性是 源自文库个较 为复杂 的岩石力学 问 题 。从理论方面来讲 ，影响软岩巷道稳定性的因素主要
有围岩应力和围岩支护强度 ，一旦围岩体 的应力超过支
护强度 ，则软岩巷道进入不稳定状 态 ，采取围岩稳定性 的分析方法也必须根据影 响因素的主次矛盾 、不 同的条
件 和情况进行综合性 的分析来选择 。 ］
分 布计算 ，如下所示 ：
ｐ （ － ￣ Ｏ ＇ ｃ ｔ
，Ｔ ｒ
－
（ ３ ４ ）
．
（ ３
ｙ
丽ｖ （５ ｖ ｔ ３ ｃ ・
因此 ，如果有单轴受拉屈服应 力 和单轴受压屈 服
应 力ａ就可 以计算 出程序需要 的输 入值 。另外 ， 代 表 ｃ
垒垒里 旦
堕墨 旦 一 坠 堂 窒 一
最人位 移
第一组 ０ ｍ ０２ ０ ＋ ７ ２Ｅ ０ ５ ｃ ７２ｍ
（）ｌ ＮＳ 数值模拟宏亚矿Ｄ１ １ ｌ ２￣ 用Ａ ＹＳ Ｊ ３ ｌ综放工作面 的沿空 巷道 的巷 道情况 ，为巷道 的支护方案 提供 了依
Ｙ方向
毁 避力
０５ ２ ．３ ．７ ＥＯ
据。通过计算对巷道变形研究表 明，巷道开挖进度对某
Ｄ ａｋｒ ｒ ｅ） ｒ ｅ Ｐａ ｒ ｃ － ｇ ￣服准则 ，该屈服准则给予近似 ，以此来 修ｉ Ｍｉ ｓ Ｅ ｓ 屈服 准则 ［，也就是说在Ｍｉ ｓ ｅ ２ 】 ｓ 屈服 准则 中添 ｅ 加一个 附加项 ，这样对于流动准则可选相关也可选不相
关。
１ ４ 信息系统工程 ｛２ １．２ ４ ０２ ． ９０
Ｏ６ ．４ ．５ Ｅ０ ｌ
０５ ２ 一４ ．８ Ｅ０
（） ３通过Ａ ＹＳ ＮＳ 数值模拟 ，其他变量 固定 ，以锚杆 长度为主要变量研究锚注 的最佳方法 ，发现在７ 根锚杆
的情况下 以１ ｍ的锚 杆长度为最佳 。以上结果对宏 亚煤 ． ５
第 组 ２５ ．ｍ
０２ ６ ＋ ７ ．２ Ｅ ０
． ＜
． ＡＣ ＡＤＥ Ｃ Ｒ Ｅ ＣＨ 学术 研 究 ＭＩ ＥＳ ＡＲ
浅埋软岩巷道变肜机理数值模拟分析
◆ 王元峰 刘 磊
摘要 ：软岩巷道的矿压控制与巷道支护一直是长期 困扰着地下采矿工业发 展的难题之一。我 国许 多矿 区，目前都存在软岩巷道 支护 困难的问题 ，并成 为 影响矿 区发展和矿 井经济效益的主要 因素。对软岩巷道 的变形机理 的数值模拟 研究有助 于软岩支护理论的发展 。以宏亚煤矿为工程 背景 ，建立浅埋软岩巷道 数值计算模型 ，运 用Ａ ＹＳ ＮＳ 软件分析其变形规律从 而寻找 出控制软岩巷道变形 的控制技 术，确定影响 浅埋软岩巷道稳 定的主要 因素。该数值模拟结果对类似 地质条件 下的煤矿具有一定的指导意义和借鉴价值。 关键 词 ：浅埋 ；软岩 巷 道 ；变形 机 理 ；数 值模 拟
ａ 为材料参数 。 、七
在数值计算 中，Ｄ Ｐ 材料需要输入的参数有Ｅ、 、
ｃ 、 萁 确定方法如下 ： 、
均厚度为４５ ． ｍ。采用一次采全高技术 。煤层顶板岩性 由 下往上依次为粉砂岩 、粘土岩 、砂岩等 ，底板为砾岩 。
ｃ Ｌ： 一～
（ ＝ｓ Ｄ ｉ ｎ
５８ ｃ ５ｍ
０ １０ －３ ９ Ｅ０
从综合应力来看 没有 明显变化 ，从Ｙ方 向最大位移 来看 随着锚杆变长位移略有增大 ，从Ｙ 向最大应力来 方 看 １ ｍ和２ ． ５ ｍ的锚杆应力相差不 多但 明显小 于２５ ．ｍ的应
要 因素 。
Ｄ ｕｋｒ ｒｇｒ １５年提式 ： ｒｃｅ Ｐａｅ在 ２ － ９
Ⅸｌ √ ＝ （１ ，＋ Ｋ ３ ） ．
其中 ， ｌ ， 为考虑平均应力 的应力第一不变量 ； 为应力偏张量第二不变量 ；
二 、地质概 况
宏亚煤矿Ｄ１ １ １ ３ １ 的工作 面埋深 １０ ５ｍ，两个 轨道顺 槽长度为４ ５ ０ ｍ，如 图１ 所示 ，工作面倾角 １ 。，煤层平 ３