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(qiáng)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(jìn)行了有限元模擬，發(fā)現(xiàn)大傾角破碎帶巷道開挖后應(yīng)力的重新分布，并且應(yīng)力變化范圍較大，其中拱腰和低邊墻出現(xiàn)應(yīng)力集中，發(fā)生拉應(yīng)力破壞；并對應(yīng)力集中區(qū)進(jìn)行錨桿支護(hù)，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(hù)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(xué)性質(zhì)

6、的呈現(xiàn)非線性，回采巷道變形量大，支護(hù)困難。因此本文以此破碎帶地質(zhì)條件為模型，對巷道支護(hù)前后的應(yīng)力進(jìn)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(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)對破碎帶內(nèi)的各巖性做了物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，其詳細(xì)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(yīng)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(yīng)力約束邊界，作用在該邊界上的應(yīng)力為自重側(cè)壓應(yīng)力，在應(yīng)力約束邊上，有由Z?于巖體自重而產(chǎn)生的側(cè)向應(yīng)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(jìn)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(jìn)行加權(quán)平均所確定的綜合容重h——計算點(diǎn)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(yīng)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(hù)前后分別進(jìn)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(xué)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(hù)前的最大應(yīng)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(yīng)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(hù)后巷道周圍的