45°倾斜岩层巷道围岩变形破坏的FLAC^3D数值模拟研究

／ＧＰａ ５．８ １３．５
６４．０ ４３．８ ２６．２
杜 伟（１９９０—），男，助 理 工 程 师，硕 士 研 究 生，３１２０００浙 江 省 绍兴市。
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在倾斜层状结构软岩巷道的变形破坏研究中， 岩层的厚度和分布、结构面和岩石的物理力学性能 是巷道变 形 破 坏 的 重 要 影 响 因 素。 ＦＬＡＣ３Ｄ数 值 模 拟方法被广泛运用于研究初始应力和侧压系数及巷 道断面 形 状 等 各 因 素 对 巷 道 围 岩 变 形 破 坏 的 影 响［２］；岩体的 强 度、刚 度 和 稳 定 性 受 结 构 面 空 间 分 布和充填物力学特性控制，在急倾斜煤层巷道中软 弱结构面位置处易出现岩层滑移破坏模式［３］；与应 力状态相关的层状岩层变形模量的各向异性是控制
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ＳｅｒｉａｌＮｏ．６０５ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ．２０１９
现 代 矿 业
ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ
总 第 ６０５期 ２０１９年 ９月第 ９期
４５°倾斜岩层巷道围岩变形破坏的 ＦＬＡＣ３Ｄ 数 值 模 拟 研 究
杜 伟
（绍兴文理学院土木工程学院）
摘 要 深部倾斜岩层巷道大变形事故频发，为研究 ４５°倾斜岩层巷道围岩变形破坏特征和 作用机理，采用 ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟方法研究 ４５°倾斜岩层巷道围岩变形和破坏过程，得到该类型巷道 围岩位移场、应力场和塑性区分布特征云图，数值模拟分析得到的巷道变形趋势与工程现场结果一 致。研究得出：巷道变形过程中会引起一定范围的岩层滑动；巷道附近岩层法向变形不协调导致巷 道周围岩层弯剪破坏，破坏后形成的机动结构体系是巷道变形和失稳的直接原因。根据围岩的变 形和应力分布特征对巷道进行合理开挖和有效支护，可为类似工程的巷道支护提供可靠参考依据。
关键词 ４５°倾斜岩层 围岩变形 ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４６０８２．２０１９．０９．０２４
ＦＬＡＣ３Ｄ ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｔｕｄｙｏｎＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＦａｉｌｕｒｅｏｆＳｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ＲｏｃｋｏｆＲｏａｄｗａｙｉｎ４５ＤｅｇｒｅｅＩｎｃｌｉｎｅｄＳｔｒａｔａ ＤｕＷｅｉ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｏｘｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）
杜 伟：４５°倾斜岩层巷道围岩变形破坏的 ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟研究 ２０１９年 ９月第 ９期
围岩变形的另一个重要因素［４］。在工程实践中，不 同岩层接触面处由于材料性质不同会导致岩体工程 响应和均质岩体有所区别。
本研究根据徐州旗山矿为具体工程地质背景， 采用 ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟方法研究 ４５°倾斜岩层巷道围 岩变形和破坏过程，以期为本工程及类似的巷道支 护设计提供可靠的参考依据。
１ 工程地质背景
旗山矿 －１０００ｍ水平北翼轨道联络大巷揭露 的岩性主要为：砂质泥岩、泥岩和砂岩岩组，物理力 学参数如表 １所示。巷道围岩掘进过程中巷道变形 大，呈非对称形态，底臌严重。
表 １ 岩石的物理力学参数
容重 抗压强度 弹性模量 泊松 黏聚力 内摩擦角
岩组 ／（ｋＮ／ｍ３） ／ＭＰａ ／ＧＰａ 比
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ４５°ｉｎｃｌｉｎｅｄｒｏｃｋ，Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＦＬＡＣ３Ｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
煤炭是我国国民经济和能源结构中的主要组成 部分［１］。随着 深 地 战 略 的 推 进 和 地 下 矿 产 资 源 开 采深度的不断增加，深部大倾斜岩层煤矿巷道支护 失效问题频发，特别对于高应力地区，此现象尤为严 重。为解决该问题，需要对深部倾斜岩层煤炭巷道 破坏机理进行系统研究。