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1、第9卷第4期礦業(yè)工程2011年8月MiningEngineering61·計算機應用·巷道圍巖蠕變特性及支護效果數值模擬研究韓猛王連國(1．中國礦業(yè)大學；2．深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室，江蘇徐州221008)摘要：在地下工程尤其是高地應力分布區(qū)圍巖穩(wěn)定性分析中，必須考慮巖石的流變特性。為了更好的控制巷道圍巖變形，本文從蠕變的角度，對高地應力下巷道圍巖進行分析研究，利用FLAC3D數值模擬軟件進行模擬分析，提出不同的支護方案，并提出對工程實踐有指導意義的支護建議。關鍵詞：巷道圍巖；蠕變；支護；數值模
2、擬中圖分類號：TD352文獻標識碼：A文章編號：1671—8550(2011)04—0061—040引言1數值計算模型隨著經濟發(fā)展以及對煤炭資源需求的增加，我國礦井1．1數值計算模型的建立開采深度也不斷加大。隨著開采深度的增加，巷道圍巖蠕本次計算模型尺寸為：60rn(z)X5Om(v)X70m變現象更加明顯，尤其在深部軟巖巷道中，由于巷道蠕變()，建立了8種不同巖層，置巷道于單一巖層(砂質泥引起的巷道破壞案例也逐漸增多，給礦井巷道的支護帶來巖，第6層)。模型走向、傾向方向均施加水平約束，底邊了新的問題。界施
3、加垂直約束。巷道半圓部分半徑為2m，側幫高2En。為了控制巷道圍巖穩(wěn)定性，各種減小巷道變形的支護在模型上邊界施加16MPa應力，以模擬模型處于措施已廣泛應用于工程實踐，如剛性支撐、襯砌、錨固、800m埋深應力狀態(tài)。噴錨支護等以及將上述諸方法組合而成的聯合支護。1．2數值計算模型參數選取在長期荷載作用下的巷道支護設計必須考慮巖石的流——數值計算本構模型。FLAC3D有限差分計算軟件變特性。侯朝炯等l1通過巷道變形的觀測和實驗研究，認提供了能用于模擬材料蠕變特性的計算模式，本文選用軟為巖石的峰后蠕變是巷道大變形
4、的主要原因。劉高[提出件中內嵌的伯格斯(Burgers)蠕變模型和摩爾一庫倫模型了結構性流變的觀點。彭蘇萍【。等針對“三軟”煤層巷道合成的伯格蠕變粘彈塑性組合流變模型。圍巖大變形、難支護的具體情況，以顯德汪礦主輸送大巷——材料參數選取。為研究對象，進行了三軸壓縮流變試驗，獲取泥巖的流變·巖層參數選取：根據相關資料，各巖層巖石力學參參數，進而為下一步巷道支護設計提供科學的依據。劉夕數選取如表1。才l4依據軸對稱巷道的基本方程和馬克斯威爾流變模型穩(wěn)·流變參數選?。焊鶕嚓P資料，組合模型的各參數態(tài)蠕變階段的體積不
5、變與彈性應變率不變條件，分別推導選擇見表2。了巷道的線性與非線性粘彈性理論解。萬志軍等基于大1．3計算方案量的巖塊流變試驗，從巖石長期強度的衰減特征和巖石的本文建立多種模型，主要有以下計算方案：1)無支護應變能守恒原則出發(fā)，建立了非彈塑黏性元件組合模型的表1各巖層參數軟巖(煤)非線性流變數學力學模型。?稱k褪一本文應用FIAC3D數值模擬軟件，分析深部巷道在無N．m一。E／GP／／~／MPh／ma支護情形，以及不同支護情形下的圍巖蠕變情況，通過分析巷道頂底板移近量、巷道兩幫移近量隨時間的變化關系，以及不同支
6、護下圍巖變形大小情況，提出了適合深部巷道蠕變情形的支護方案。收稿日期：2011—01—28修回日期：2011—02—13作者簡介：韓猛(1987一)，男，山東兗州人，中國礦業(yè)大學力學與建筑工程學院碩士研究生，主要從事采動巖體力學與工程方面的研究。62礦業(yè)工程第9卷第4期表2流變參數巖層稱El／(IaE2／C；t’l／GPad／GPa‘d頁巖54．97110．891O3．45砂頁巖54．97110．89103．452煤54．97110．891O3．45細砂巖54．9711O．89103．45泥巖5他4．9鵂7
7、他110．891O3．45砂質泥巖54．9711O．891O3．45(a)頂、底板(96d)砂質泥巖54．97110．891O3．45砂巖54．97110．891O3．45fZC口i一。搿=：：砂睫卷54．97110．891O3．45囂一呲·囂篇，·巷道在不受采動影響下，圍巖蠕變特性的模擬分析；2)在鋪桿支護作用下，巷道闈巖蠕變的穩(wěn)定性模擬分析。其中錨桿的布置方式為問排距均為0．7m；3)在錨桿和混凝土噴層聯合支護下，巷道圍巖蠕變的穩(wěn)定性模擬分析。圖1一一為巷道中錨桿及噴層的_布置效果圖。(b)兩幫(96d
8、)圖2無支護巷道圍巖變形時程曲線2．1．2無支護巷道蠕變力學特性分析無支護巷道圍巖隨著時間的延長，其力學特性也會發(fā)生變化，尤其圍巖應力、位移、塑性區(qū)的分布將發(fā)生變化。見圖3、4。由圖3可知：1)無支護巷道圍巖周邊卸荷區(qū)范圍比開挖范圍有所擴大，主要是由于圍巖蠕變過程中，在原巖應圖1巷道圍巖錨桿、噴層分布圖力作用下巷道圍巖出現塑性流動，承載區(qū)逐漸向內部偏移。巷道圍巖從周邊向內部仍具有先增后減的變化趨勢，應力2不同支護
