巷道支护优化及数值模拟研究

文章编号: 1009�6825( 2009) 32�0108�02 巷道支护优化及数值模拟研究 收稿日期: 2009�06�01 作者简介:李 � 建( 1970� ) ,男,工程师,山东黄金集团有限公司玲珑金矿,山东 招远 � 265419 黄绍华( 1968� ) ,男,工程师,山东黄金集团有限公司玲珑金矿,山东 招远 � 265419 李 � 建 � 黄绍华 摘 � 要:针对深度开采、原岩应力高、地质构造复杂、巷道变形大的特点, 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了巷道围岩变形规律和破坏原因,确定了提 高围岩自稳能力、加强控制关键部位的优化原则 ,并运用数值分析方法( FLAC)模拟了巷道变形及稳定性,提出了优化支 护设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,采用优化后的支护设计在现场取得了良好的应用效果。 关键词:变形规律, 数值模拟,优化支护设计 中图分类号: TU463 文献标识码: A � � 在地下空间和地下有用矿物的开发利用过程中, 特别是在隧 道的进出口段、采矿巷道的露头风化段以及巷道过断层带等时, 都会遇到围岩松散破碎的情况[ 1, 2]。如何合理有效地选择这些特 殊地段的支护方案,就成了地下采矿工作者十分关注的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 [ 3, 5]。 1 � 巷道支护原则 1)为保证锚杆及其他支护材料生产和购买的连续性, 设计所 选用的锚杆和相关支护材料,以木矿区现用为主。2)从巷道的服 务年限和重要程度上考虑,开拓巷道以支护可靠程度为准则进行 设计。3)以目前矿井内最深且状态较好的开拓巷道为类比条件 进行加强设计。 2 � 巷道存在的问题及优化设计方案 2. 1 � 巷道存在的问题 巷道的稳定性出现了问题,产生冒顶、片帮及顶板离层下沉 等现象。巷道直墙根部出现很严重的� 烂根 现象, 混凝土脱落, 钢筋网被后面的围岩破碎岩石挤压成� 大肚子 现象, 巷道底出现 � 鼓肚 现象。这说明巷道顶压和侧压较大,原设计所确定的支护 参数不能满足 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ,需要对该巷道的支护设计进行优化。 2. 2 � 优化设计方案 1)喷层混凝土厚度由原来的 150 mm 增加到 200 mm; 2)在比 较危险的巷道顶部增加了预应力锚索(钢绞线)直径 15. 24 mm, 长 8. 3 m, 孔内长 8. 0 m, 外露 0. 3 m; 锚盘长、宽均为 150 mm, 厚 度 10 mm,锚索设计初始应力为 18 MPa~ 20 MPa; 3)对巷道的断 面形状进行了优化,把巷道的断面形状从原来的直墙半圆拱形优 化成直墙半圆拱加反拱形, 墙高和半圆的直径都不改变, 把巷道 底部设计成高为 0. 75 m 的拱形; 4)在巷道底脚两侧沿着下倾 30! 方向增加长 3 m, 直径为 20 mm 的树脂锚杆。 依照以上原则对于围岩较好处的巷道, 采用锚杆+ 金属网+ 喷射混凝土联合支护方式支护;对于地质条件复杂和围岩不稳定 巷道,采用锚杆+ 金属网+ 钢筋网+ 喷射混凝土加强支护。 3 � FLAC数值模拟研究 3. 1 � 计算模型的选择及参数确定 根据岩石力学经验,巷道应力影响范围为 3 倍~ 5 倍的巷道 半径,本模型模拟的马蹄形巷道尺寸为宽 3. 8 m, 高 1. 45 m, 拱高 1. 9 m, FLAC 计算模型整体计算尺寸为 39. 9 m ∀ 41. 35 m, 单元 尺寸为 0. 475∀ 0. 475, 马蹄形巷道的下部分采用 0. 475 ∀ 0. 483, x 方向单元数 84 个, y 方向为 87个, 单元总数为 7 308个。 3. 2 � 巷道支护材料参数与围岩物理力学参数 本构模型采用的是弹塑性本构关系, 屈服准则采用直线形 Mohr�Coulomb 准则,巷道支护材料参数如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1 所示, 围岩物理力 学参数如表 2 所示。 表 1 � 巷道支护材料参数 支护材料 弹性模量 E / GPa 泊松比 � 容重/ kN#m - 3 锚杆 200 0. 25 78 预应力锚索 195 0. 3 78 混凝土护壁 25 0. 2 25 表 2 � 巷道围岩物理力学参数 岩层厚 h 容重 � 弹性模量 E 51. 35 m 25. 21 kN/m 3 3. 6 GPa 泊松比 � 内聚力 c 内摩擦角 0. 2 10. 52 MPa 20. 9! 3. 3 � 数值模拟的边界条件 依照地应力测量的结果, 做计算简化得到实测地应力结果 , 由公式 !h, max= 0. 213 7+ 0. 032 3H 和 !h, m in= 0. 413 9+ 0. 021 9H 可得:水平最大主应力 !1 = 14. 651 8 MPa, 最小主应力 !3 = 10. 203 2 MPa;计算采用平面应变模型, 定义水平方向为 x 方向 , 竖直方向为 y 方向, 且 !x = !1sin∀, !y= !3cos#( ∀为巷道轴向与 !1 的夹角,为 72. 3!; #为巷道倾角, 为 13!) , 经计算, 模型的应力 边界条件为 !x= 13. 985 MPa, !y= 9. 942 MPa。 #108# 第 35卷第 32期2 0 0 9 年 1 1 月 � � � � � � � � � � 山 西 建 筑SHANXI � ARCH IT ECTURE � � � � � � � � � � � � � � � � Vol. 35 No. 32Nov. � 2009 � � 3. 4 � 数值模拟计算结果分析 1)应力场的计算分析。由应力场分布图 1~ 图 4 可以得出, 在优化前支护条件下, 巷道顶部 x 方向压应力为 10 MPa, y 方向 压应力为 9. 5 MPa~ 10 MPa, 巷道底部 x 方向应力为 2. 5 MPa, y 方向应力为 2. 5 MPa,且底部向下的区域有部分压应力集中现 象,使得巷道变形会持续直到其减弱, 巷道的应力环境差。而经 过优化后的巷道顶部 x 方向压应力为 2. 5 MPa~ 4 MPa, y 方向 压应力为 2. 5 MPa,巷道底部 x 方向压应力和 y 方向压应力分别为 6 MPa和 2. 5 M Pa。底部 x 方向应力集中现象没有先前强烈 , y 方向没有应力集中区。2) 位移矢量场的计算分析。从位移场 分布图 5~ 图 8 可以看出,在优化前支护条件下,巷道顶部的沉降 量为 250 mm~ 300 mm,巷道底部拱起高度约为 600 mm~ 700 mm, 巷道两帮位移为 500 mm。相比之下,及时增加预应力锚索支护 , 维护和增强护壁强度, 对巷道底板进行有效的应力释放优化后 , 巷道顶部沉降量缩小至 35 mm,巷道两帮的移近量为 40 mm, 很 好地维护了巷道再继续服役的要求。 4 � 结语 根据有限差分法数值模拟计算的原理和方法,确定了矿区矿 井围岩物理力学参数、支护材料参数、计算模型及边界条件, 采用 FLAC 程序巷道二次支护优化设计进行了数值模拟, 得出了巷道 围岩位移、应力、塑性区的分布规律及支护体的受力分布规律。 使用锚索+ 锚杆联合支护是较合理经济的支护形式, 并通过数值 模拟对比分析, 在锚杆支护的基础上, 锚索补强为二次支护的支 护手段,能够有效控制深部软岩巷道变形破坏。 参考文献: [ 1] � 徐志英.岩石力学[ M ] . 北京:中国水利水电出版社, 2002. [ 2] � 阎莫明. 岩土锚固技术的新进展[ M ] . 北京: 人民交通出版 社, 2000. [ 3] � 田冶友.矿区原岩应力场的测定与研究[ J] .岩石力学, 1994 ( 5) : 21�26. [ 4] � 隋红军, 张淑坤, 路 � 达 .采区巷道监测方案设计分析[ J] . 山西建筑, 2008, 34( 10) : 100�101. [ 5] � B. C. 海姆森.地应力测量与研究[ M ] . 丁健民, 译. 北京: 地 震出版社, 1982. Research on the optimization of roadway support and the numerical simulation LI Jian� HUANG Shao�hua Abstract: For the characteristics of super�depth mining , the high of situ rock str ess, the complex geolog ic str ucture and the lar ge deformation of the roadw ay, the deformation law and the damage r eason of the surrounding rock are analyzed. For the analysis, the optimization principles are to enhance the homeostasis capacity of surrounding rock and to control the impo rtant part of the rock. According to the numerical simula� tion of the deformation and stability of t he roadw ay , the optimization suppor t method is proposed. The optimization support design obtains a good effect at scene. Key words: the law of deformation, numer ical simulation, optimization suppor t design #109#� � 第 35卷第 32期2 0 0 9年 1 1月 � � � � � � � � � � � 李 � 建等:巷道支护优化及数值模拟研究