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《復合頂板巷道圍巖變形與破壞特征數(shù)值模擬.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、2010年第2期煤礦支護27石罵0莊中煤杯參評論文復合頂板巷道圍巖變形與破壞特征數(shù)值模擬王航王立凱茹曉瑩[阜新礦業(yè)集團公司興阜煤礦，遼寧阜新123000]摘要為研究復合頂板巷道圍巖變形及破壞規(guī)律，結合興阜礦工程實際，應用RFPA分別模擬一般頂板巷道和復合頂板巷道開挖后圍巖的動態(tài)變化過程，得出復合頂板條件下巷道圍巖變形和破壞的特征，從而為該礦巷道的支護設計提供依據(jù)。關鍵詞復合頂板RFPA破裂區(qū)驗工具。該方法的一個重要特點是考慮了材引言料性質的非均勻性，是一種通過非均勻性模擬非線性、連續(xù)介質力學方法模擬非連
2、續(xù)介興阜礦主采煤層頂板為不穩(wěn)定復合頂質力學問題的材料破裂過程分析新型數(shù)值分板，松軟易垮落，回采巷道支護效果差，給析方法。安全和有序生產(chǎn)帶來極大危害。本文應用數(shù)值模擬對復合頂板巷道圍巖的變形及破壞規(guī)2力學模型律進行研究，為巷道支護設計提供依據(jù)。2．1模型尺寸1數(shù)值模擬方法簡介考慮到計算機容量和計算數(shù)量的龐大，既應減少單元數(shù)量，也充分展示巷道圍巖的數(shù)值模擬方法[1啊。]的特點在于，具有分變形與破壞狀態(tài)。因此，將基本平面模型定析基本構成要素性質簡單而整體性質復雜的在巷道立體空間的軸向剖面。其寬度和高度宏觀系統(tǒng)
3、行為的優(yōu)勢。與解析理論相比，它大于巷道極限塑性區(qū)的范圍，各為21m。建可以為初值簡單、演化過程復雜的問題提供立兩個力學模型(如圖1所示)。模型中頂直覺的認識。礦山巖體本質上是一種不連續(xù)板巖層厚12m，含兩層分別厚0．45m和體，在這樣的巖體內(nèi)開挖巷道，開挖后圍巖0．3m的薄煤層，分別距巷道頂部0．6m和的變形到穩(wěn)定是個漸進的過程。由于不連續(xù)2．1m；開采煤層厚2．7m；底板厚6．3m。巖體的應力、應變及其破壞過程相當復雜，巷道位于開采煤層中，寬4．0m，高2。7m。目前還沒有成熟的計算圍巖性態(tài)的模型和方
4、按區(qū)段的準備系統(tǒng)，將回采巷道基本分為兩法。對于巖石工程而言，一個數(shù)學方法上相類：對簡單，但能充分考慮巖石介質復雜性的分①回采巷道位于未經(jīng)采動的煤體內(nèi)，即析計算方法可能更有發(fā)展前途。本文所應用巷道兩側均為煤體，稱煤體一煤體巷道，用的是由東北大學巖石破裂與失穩(wěn)中心開發(fā)的A模型模擬。巖石破裂過程分析系統(tǒng)RFPA(Realistic②上區(qū)段已采畢且采動影響穩(wěn)定后掘進FailureProcessAnalysis的簡稱)。它是一的下區(qū)段回風巷(或運輸巷)，即回采巷道種基于有限元應力分析和統(tǒng)計損傷理論的材一側為煤體一
5、煤柱(采動穩(wěn)定)巷道，煤柱料破裂過程分析數(shù)值計算方法，是一個能夠寬3m，用B模型模擬。模擬材料漸進破裂直至失穩(wěn)全過程的數(shù)值試2．2邊界條件28煤礦支護2010年第2期砂質泥巖。按實驗室測定結果，砂質泥巖標準試樣單向抗壓強度49．4l～53．OOMPa，頂板平均52．20MPa；抗拉強度2．76～3．36MPa，平均3．22MPa；彈性模量17000～底飯17300MPa。煤層標準巖樣單向抗壓強度4．4I～5．06MPa，平均4．96MPa；抗拉強度0．29～0．34MPa，平均0．31MPa；彈性圈1力
6、學模型模量5200～5300MPa。以此為基礎，參照按重力場建立邊界條件。依據(jù)興阜煤礦國內(nèi)外煤巖樣單向抗壓強度尺寸效應的試驗開采條件，選擇采深450m。模型兩側和底結果，通過反演，進行巷道圍巖強度和變形部為位移約束，兩個底鉸點是固定支座。對模量的弱化處理，給出圍巖體的力學參數(shù)。于煤體一煤體巷道，巷道第一時期受壓10．OOMPa，第二時期受壓16．90MPa。對3模擬結果于煤體一煤柱巷道，巷道第一時期受壓16．90MPa，第二時期受壓23．80MPa(應復合頂板與一般頂板巷道頂板及破裂區(qū)力集中系數(shù)選取1．
7、69)。深度的模擬結果列于表1，圍巖破裂區(qū)范圍2．3力學參數(shù)隨時問增長變化的模擬結果示于圖2、圖3依據(jù)興阜礦部分地質綜合柱狀圖，在模和表2，兩種類型巷道的頂板下沉量隨時間型尺寸范圍內(nèi)，頂板12m厚巖層和底板增長變化的模擬結果示于圖4(a)和圖46．3m厚巖層主要為砂質泥巖，或以砂質泥(b)。巖為主。因此，確定巷道圍巖的基本巖性是表1復合頂板與一般頂板變形及破裂區(qū)深度的比較區(qū)段巷道煤體一煤體煤體一煤柱頂板類型一般復合一般復合數(shù)量／mm6789146l75頂板下沉量復合頂板與一般頂板之比1．331．2O數(shù)量
8、／mm900165015002100頂板破裂區(qū)深度復合頂板與一般頂板之比1．831．40表2巷道圍巖變形和破裂區(qū)深度的發(fā)展巷道類別煤體一煤體煤體一煤柱圍巖受力和變形時期圍巖受力／MPa6．2510．251O．2514．25頂板下沉量5689134181圍巖變形／tnn巷幫移近量l22242376590底板鼓起量28486l85頂板1050165010502100破裂區(qū)深度／mm巷幫210O255027003300底板3001200750】9
