深部巷道圍巖塑性區(qū)分布及其控制研究.pdf

1、本文以國(guó)家自然科學(xué)基金“深部大變形巷道圍巖破壞與穩(wěn)定性控制研究”項(xiàng)目為依托，在充分分析深部巷道塑性區(qū)影響因素，研究塑性區(qū)惡性擴(kuò)展過(guò)程及其控制的基礎(chǔ)上，提出了“錨網(wǎng)索噴+局部注漿加強(qiáng)”的支護(hù)方案并在該類(lèi)巷道實(shí)施，該方案的應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)取得了良好的支護(hù)效果。
　　根據(jù)彈性力學(xué)、彈塑性力學(xué)、礦山壓力等理論，分析了深部巖體應(yīng)力分布規(guī)律并分段擬合了相關(guān)計(jì)算公式，建立了力學(xué)計(jì)算模型，推導(dǎo)了圓形巷道塑性區(qū)范圍公式、計(jì)算并得出了圓形巷道在不同側(cè)壓系數(shù)

2、下的塑性區(qū)形態(tài)。研究認(rèn)為，深部巷道圍巖產(chǎn)生大變形、松動(dòng)破壞和支護(hù)失效的直接原因是圍巖塑性區(qū)的惡性擴(kuò)展。塑性區(qū)的幾何形態(tài)、尺寸范圍決定了巷道破壞的形式與程度。深部巷道圍巖塑性區(qū)與深部地應(yīng)力分布規(guī)律及巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)有著密切關(guān)系。
　　運(yùn)用FLAC3D數(shù)值模擬軟件建立了深部巷道數(shù)值模擬計(jì)算模型，采用單一因素分析法，高仿真模擬計(jì)算了不同幾何斷面、非均勻應(yīng)力場(chǎng)、采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)、不同巷道斷面尺寸、不同圍巖強(qiáng)度和不同中間主應(yīng)力條件下的塑性區(qū)形態(tài)，

3、認(rèn)為非均勻應(yīng)力場(chǎng)與采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)同時(shí)影響塑性區(qū)形態(tài)和范圍，而斷面尺寸、圍巖強(qiáng)度及中間主應(yīng)力對(duì)塑性區(qū)范圍影響明顯。同時(shí)模擬計(jì)算了深部巷道塑性區(qū)惡性擴(kuò)展過(guò)程，繪制了塑性區(qū)惡性擴(kuò)展全程曲線。
　　通過(guò)對(duì)塑性區(qū)惡性擴(kuò)展理論分析與FLAC3D數(shù)值模擬，可以將塑性區(qū)惡性擴(kuò)展大致劃分為5個(gè)階段，即塑性點(diǎn)的出現(xiàn)、塑性環(huán)的形成、塑性環(huán)局部畸變、塑性區(qū)非均勻擴(kuò)展、塑性區(qū)惡性擴(kuò)展等。認(rèn)為塑性點(diǎn)階段的短暫性決定了其不具有可控性、塑性區(qū)高速擴(kuò)展階段的大范圍破壞

4、性決定了其不具有控制意義。而其它各階段存在著充分的施工空間，這就意味著通過(guò)人為干預(yù)可以阻止或延遲塑性區(qū)惡性擴(kuò)展。塑性區(qū)最佳控制時(shí)期是塑性環(huán)與塑性環(huán)畸變階段,避免超過(guò)非均勻擴(kuò)展階段。塑性區(qū)支護(hù)控制中塑性區(qū)范圍與錨固深度存在匹配關(guān)系，錨固深度位于塑性區(qū)內(nèi)控制性最差，錨固深度位于塑性區(qū)邊界線次之，最佳匹配關(guān)系是錨固深度超出塑性區(qū)邊界線一定范圍。另外，通過(guò)分析認(rèn)為局部支護(hù)加強(qiáng)是控制塑性區(qū)惡性擴(kuò)張的有效手段。提出提出了“錨網(wǎng)索噴+局部注漿加強(qiáng)”的

5、支護(hù)形式。
　　將“錨網(wǎng)索噴+局部注漿加強(qiáng)”的支護(hù)應(yīng)用于工程實(shí)踐，通過(guò)對(duì)巷道表面位移及深部裂隙發(fā)育進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析可得：實(shí)驗(yàn)段巷道段測(cè)點(diǎn)處圍巖的變形量相對(duì)較小，且趨于穩(wěn)定；圍巖裂隙大致均勻分布，由此可以推斷，其塑性區(qū)為基本均勻分布，這明顯區(qū)別于原支護(hù)方案巷道段大變形不穩(wěn)定情形；在實(shí)驗(yàn)段巷道內(nèi)嚴(yán)重底鼓情形明顯得到良好控制且保持穩(wěn)定；實(shí)驗(yàn)巷道表面圍巖的變形是由1.0m內(nèi)的淺部圍巖變形造成的，深部圍巖輕微擾動(dòng)。以上都充分說(shuō)明“錨網(wǎng)索噴+局