主井箕斗装载硐室围岩稳定性数值模拟研究.pdfVIP

2013年第4期 中州煤炭 总第208期 主井箕斗装载硐室围岩稳定性数值模拟研究 梁冠军 (中煤科工集团 南京设计研 究院，江苏 南京 210031) 摘要 ：结合红庆河煤矿实际工程地质条件 ，运用 FLAC。数值模拟软件对箕斗装载硐室进行 了应力分析，研究 了箕斗装载硐室的塑性区分布特征，从而得 出大断面箕斗硐室的开挖导致硐室下部及其 附近井壁产生破坏 ， 在硐室的直墙与拱顶连接处 出现应力增高 区。 关键词 ：大断面硐室；箕斗装载硐室；围岩破坏 中图分类号 ：TD354 文献标志码 ：B 文章编号 ：1003—0506(2013)04—0008—02 随着开采深度逐渐加大 ，大断面硐室 的支护问 题 日渐突出。箕斗装载硐室埋深大 ，在施工和使用 过程中，支护结构受力极其复杂 ，由于时间因素与 目 前 的技术条件 ，在工程设计与施工中均存在着一些 不确定因素。这些 因素对工程进度产生一定 的影 响，甚至影响施工安全。因此 ，主井箕斗装载硐室必 须要采取有效 的支护措施。开展对该矿主井装载硐 室支护技术研究，对确保箕斗装载硐室及相关巷道 以及装载设备安全运行有着非常重要的意义 。 1 工程概况 红庆河煤矿隶属 内蒙古伊泰集团能源有限责任 公司 ，主井设计净直径 9．5m。主井箕斗装载硐室 (a)剖面I (h)剖面Ⅱ 水平埋深 720m，所处位置岩性主要为砂岩和砂质 泥岩 ，其净高22．7m，净宽9．5m，为一特大型箕斗 图 1 箕斗装载硐室剖面示意 装载硐室。断面形状为高直墙半圆拱结构 ，原设计 采用喷射 100mm厚混凝土初衬，永久支护采用钢 包括井筒 、箕斗装载硐室及其顶底板岩层。 维模 筋混凝土结构，箕斗装载硐室剖面如图 1所示。根 型共划分为 134708个三维单元 ，共 142875个结 据提供的主井检查钻孔可知，该段主要由中粒砂岩 、 点 ，图2是 由计算机生成 的三维计算模 型网格 图。 粗粒砂岩、粉砂岩 、细粒砂岩、砂质泥岩 、煤等组成。 模型侧面限制水平移动 ，模型底面限制垂直移动 ，模 型上部施加垂直载荷模拟上覆岩层的所受重力。 2 数值模型的建立 2．1 计算模型 为了全面 、系统地反映深井硐室群 围岩力学特 征 ，以红庆河矿井主井箕斗装载硐室地质和开采技 术条件为背景 ，建立 FLAC’三维计算模型进行数值 模拟 。模 型长 100m、宽 100m、高 100m。模 型 中 收稿 日期 ：2013—01—22 作者简介：梁冠军 (1978一)，男 ，江苏南京人 ，工程师 ，2002年毕业 于安徽理T大学 ，现从事煤矿工程设计1作。 图2 三维模型网格示意 · 8 · 2013年第 4期 梁冠军 ：主井箕斗装载硐室围岩稳定性数值模拟研究 总第 208期 2．2 计算参数 角，最大剪应力达 5．82MPa。 根据现场取样和岩石力学试验结果 ，当载荷达 到强度极限后 ，岩体产生破坏 ，在峰后塑性流动过程 中，岩体残余强度随着变形发展逐步减小 。因此 ，计 l兰-25．340e+篓007toi-2鋈50．00e+ 算 中采用莫尔一库仑屈服准则判断岩体的破坏；采 用应变软化模型反映煤体破坏后随变形发展残余强 度逐步降低 的性质 ，材料将发生剪切破坏 。在通常 应力状态下，岩体的抗拉强度很低 ，因此 ，可根据抗 拉强度准则 (3T)判断岩体是否产生拉破坏。 根据现场地质调查和相关研究提供的岩石力学