采矿巷道的开挖变形及支护效果研究.pdf

采矿巷道的开挖变形及支护效果研究.pdf—采矿技术第淼期 20087
一/ TechnologyV018No4
采矿巷道的开挖变形及支护效果研究
姜守俊,孔德秀,刘敬
(510080)
摘要:对桌铁矿采区水平巷道建立有限元模型,模拟了巷道开挖后围岩应力、应变变化
状况,分析了围岩变形机理,并使用收敛观测法监测采区水平巷道开挖后的周边位移变化
情况,验证巷道变形机理的数值模拟结论。最后对支护效果进行了模拟,并以此为依据对
支护参数设计提出了优化建议。
关键词:采矿巷道;变形机理;变形监测;支护效果;数值模拟
,,上部边界施加相当于覆岩自重的应
l 研究区工程地质概况
3
拟研究开采区矿体的矿石以原生磁铁矿为主, 400m
绝大多数为致密块状,矿石坚硬,强度高。矿体中断 108笥按照平均密度
裂构造发育程度中等,总体上属稳定区,局部断裂构痬扑。
造发育区段为较稳定区。矿体顶板围岩主要为大理首先模拟巷道围岩在自重应力下的静力稳定
岩,层状构造,岩石强度中等,层间粘聚力较高。断性,然后在此条件下开挖巷道。在模型中首先考虑
裂构造不甚发育,总体上看顶板围岩属于稳定区。构建与支护中的喷砼厚度相同的一层岩体,然后构
矿体底板围岩主要为蚀变闪长岩,岩体结构以块状建需要开挖的岩体,以及外部岩体。为了提高计算
结构为主,次为破碎结构,局部散体结构,少量接触速度,从巷道中心剖分,取右侧计算。考虑计算机模
带中破碎蚀变强烈部位属于不稳定区,其他部位为拟速度及模拟结果的精确性,在开采矿体的顶、底板
较稳定区。处的网格划分适当加密,而待开采矿体部分则相应
矿区水文地质特征以及多年开采实践证明,矿变稀,在此基础上生成有限差分网格,其中开挖部分
区水文地质条件属简单一中等复杂类型。采用零空单元模拟。
2根据现场工程地质勘察结果,在岩体力学室内
试验的基础上,选用的围岩以及支护结构的物理力
对巷道变形及支护的数值模拟采用快速拉格郎学参数见表捅。因为采区大理岩体与磁铁矿
日差分法。取铁矿采区实际地质条件建立模型,模体的物理力学性质较为接近,故选取大理岩体进行
型运行到平衡以模拟初始状态,然后在其中开掘巷模拟。
道。对巷道位移及应力场进行分析,以期了解巷道
l
围岩变形、塑性区发育情况、应力分布的规律。
物理模型采用弹塑性模型,破坏准则采用材料聋搿泊松比。影霎,。蹁惯零角童勰产
Coulomb
一致。视各岩层为均质、各向同性,且不考虑围岩和
岩层中的结构面、裂隙和软弱夹层对强度的影响。
考虑到模拟的边界效应,在距开挖部位稍远的
地方忽略应力变化的影响。根据采矿理论及模拟实⋯号聋搿哿尹徽零淼麓麓黼
际,影响范围取开挖空间跨度的倍。巷道位于黑舞瑚·肌旷鱶㈨蟬
模型的中部。模型左侧和右侧边界约束水平方向位
(u=0)(u对水平巷道进行开挖不支护模拟,主要是了解
姜守俊,等: 采矿巷道的开挖变形及支护效果研究
水平巷道在开挖后围岩应力应变调整状况,模拟结力释放导致的塑性变形越大,模拟开挖完成后,围岩
果包括位移、主应力云图,剪应力、塑性区分布图。将向开挖临空面发生回弹变形,总体上表现为向洞
结果表明,整个硐室开挖完毕后,,开挖完后围岩的最
应力场作用下向开挖临空