軟弱巖層巷道圍巖控制的數(shù)值模擬分析研究

1、軟弱巖層巷道圍巖控制的數(shù)值模擬分析研究呂志云1，夏明強2(1青海省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，格爾木816000；2青海省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，西寧810000)摘要：摘要：大傾角“三軟”破碎帶內(nèi)巷道圍巖失穩(wěn)問題是礦山開采所面臨的主要問題之一。本文以青海某金礦的軟弱圍巖巷道為背景進行了有限元模擬，發(fā)現(xiàn)大傾角破碎帶巷道開挖后應力的重新分布，并且應力變化范圍較大，其中拱腰和低邊墻出現(xiàn)應力集中，發(fā)生拉應力破壞；并對應力集中區(qū)進行錨桿支護，有效地控制了圍

2、巖變形。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：大傾角“三軟”巷道；有限元；圍巖控制；錨桿支護StudycontrolonnumericalsimulationofsurroundingtheweakrockofthelanewayLvZhiyun1，XiaMingqiang2(16thGeologyMineralResourcesSurveyInstituteinQinghai，Geermu816000；23thGeologyMineralResources

3、SurveyInstituteinQinghaiXining810000)Abstract：Thedisabilityoflargeanglelanewaywiththreesoftcrushedzoneisoneofthemajproblems.InthepapertheweaksurroundinglanewayofthegoldmineinQinghaiwassimulatedanalyzedwithFEM.Theresultis

4、shownthatthestressdistributionwasalteredlargelytherangetochangeisbigThestressconcentrationtakesplaceinlateralwallcrownitbelongstopullingstressdestroyingThezonewithstressconcentrationissupptedwithanchbolttocontrolthedefma

5、tionofsurroundingrockeffectively.Keywds：largeanglelanewaywiththreesoftcrushedzonefiniteelementmethod(FEM)surroundingrockcontrolsupptwithanchbolt1引言引言青海某金礦礦體下盤破碎帶平均厚度10米以上，傾角70以上。位于下盤破碎帶內(nèi)的脈外巷道為大傾角“三軟”巷道，巷道頂板均為破碎泥化帶，圍巖力學性質(zhì)

6、的呈現(xiàn)非線性，回采巷道變形量大，支護困難。因此本文以此破碎帶地質(zhì)條件為模型，對巷道支護前后的應力進行了對比分析，以解決此類巷道的圍巖控制問題。2計算模型及分析過程計算模型及分析過程2.1破碎帶物理力學性質(zhì)實驗對破碎帶內(nèi)的各巖性做了物理力學性質(zhì)實驗，其詳細參數(shù)見表1。正方向，豎直方向向上為Y軸正方向。本模型約束條件為：位移約束底邊和一條垂直邊界，在另一垂直邊界上加應力約束；圖中計算剖面各邊界上的約束情況：在Y=0的左邊界上采用Y方向零位移

7、約束，在X=0的下邊界上采用X方向零位移約束，在Y=368米的邊界上為應力約束邊界，作用在該邊界上的應力為自重側(cè)壓應力，在應力約束邊上，有由Z?于巖體自重而產(chǎn)生的側(cè)向應力，它是一個分布荷載，呈三角形分布在右邊界的面上，荷載值隨深度的增加而變大。計算公式[34]如下所示：??????????????11132式中——計算范圍內(nèi)各層材料的泊松比按照材料小分層的厚度進行加權(quán)平均所確定的綜合泊松比γ——計算范圍內(nèi)各層材料的容重按照材料小分層的厚

8、度進行加權(quán)平均所確定的綜合容重h——計算點所處的深度在計算剖面上部的地表邊界上定義為自由表面邊界，即在該邊界上既無應力作用也無位移約束。對于硐室周圍，把它看作是完全自由的邊界，它可以有Y方向或者是X方向的位移。計算前約束條件是把左邊除Y方向自由外其余各方向全被約束。底邊除X方向自由外其余各方向全被約束。2.3計算過程巷道礦山壓力控制有限元法分析程序采用大型的ANSYS結(jié)構(gòu)分析程序，采用半圓拱巷道斷面，在錨桿支護前后分別進行了計算。計算時

9、輸入量為上邊界的平均壓力和側(cè)壓力以及巖石的力學性質(zhì)（彈性模量、波松比、容重等，見表1）。3計算結(jié)果分析計算結(jié)果分析半圓拱巷道支護前的最大應力分布見圖1，在拱的周圍形成一個壓力為0.705MP壓力等值分布曲線在拱上部形成一個壓力集中區(qū)，即初始破裂區(qū)；兩幫也在這個壓力等值線范圍內(nèi)因壓力拱右?guī)偷纳喜繅毫η€和巷道的邊線重合而產(chǎn)生了應力集中；在底板也同樣形成了一個壓力拱，但底板巖體在重力的作用下拱內(nèi)的巖石變形和破壞都比較小。錨桿支護后巷道周圍的