围岩均匀性对近采空区巷道稳定性影响的数值模拟研究.pdfVIP

2011年6月 矿 业安全 与环保 第38卷第3期 围岩均匀性对近采空区巷道稳定性影响的 数值模拟研究 谭志宏 ，贾天让，韩正林，闰江伟 (河南理工大学 瓦斯地质研究所，河南 焦作 454000) 摘 要：近采空区巷道 的稳定性是矿 山开采 中的一个重要安全问题，而围岩的均匀性是影响巷道稳 定性的一个重要因素。采用RFPA强度折减法进行了围岩均匀性对近采空区巷道稳定性影响的数值模 拟分析，研究表明：在其他条件相同时，随着 围岩均匀程度 的提高，巷道的稳定性得到提高；位移较大的 地方主要是在巷道和采空区顶部所形成的拱形区域 内，以及巷道和采空区的侧墙 ；围岩均匀性提高，巷 道与采空区间的间柱位移量减小，间柱的破坏程度减轻；间柱部分裂纹是 由两侧开始，向内部扩展，最后 贯通。 关键词：采空区；围岩均匀性；巷道稳定性；数值模拟 中图分类号：TD322 ．4 文献标志码：A 文章编号：1008—4495(2011)03—0023—03 随着煤矿开采的深入 ，近采空区巷道 (特别是围 空洞，直径为4m，采空区到巷道的距离为4m，即采 岩强度不高时)的稳定性问题 已成为矿 山开采 中的 空区的距跨 比为 1。围岩的物理力学指标见表 1。 突出问题。要顺利地进行矿山开采，就必须解决采 表 l 岩体的物理力学指标 空区对巷道的影响及工程诱发的地质灾害问题 。以 往分析巷道稳定性时，重点分析围岩的强度等物理 性质，普通物理方法不能全面、真实地分析巷道稳定 性。但是，巷道的稳定性不仅取决于围岩的强度、渗 计算模型如图 1所示，模型单元划分为 200× 透性等性质，同样条件下，由于围岩的均匀程度不 200，模拟尺寸高 ×宽为40m ×40m。模型服从 同，巷道的稳定性也会发生变化。有些学者提出了 Mohr—Coulomb强度准则，两侧采用侧向位移约束， 一 些巷道围岩稳定性分析方法，如块体理论分析方 位移增量为0；重力场中无其他加载，采用强度折减 法 ¨ J、有限元法 等。目前，人们对近采空区巷道 法进行计算，黏聚力按0．O1折减。模型中引入均质 稳定性进行了部分研究 ，研究方法多采用数值 度来表述材料的均匀性，均质度越高，均匀性越好。 分析 的方法，如离散元法、边界元法、有限元法 分析不同均匀程度 m(m分别为2，4，6，8，10)情况 等。但是，以往 的研究对于围岩的均匀性考虑不多， 下，近采空区巷道稳定性的变化情况。 也很难获得巷道可能的破坏过程 。 为了准确评价煤岩均匀性对近采空区巷道稳定 性的影响以及破坏过程 ，笔者采用 RFPA强度折减 法对不同均匀程度下近采空区巷道稳定性进行二维 弹性有限元数值分析。 1 数值模型的建立 模型中巷道 的跨度为 4m，采空区简化为圆形 收稿 日期：2010—12—01 图 1 计算模型 基金项 目：国家 自然科学基金项 目；河南理工 2 结果分析 大学博士基金项 目(B2009—57) 作者简介：谭志宏 (1979一)，男，湖南黔阳人，博士，讲师， 2．1 围岩均匀性对破坏扰动的影响 主要从事瓦斯地质、瓦斯灾害防治、煤岩稳定性分析等方面的 随着岩性