基于遍布节理模型的竖井工程破坏机理研究

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1、2O1520l5Vo1．1ONo．1翟淑花等：基于遍布节理模型的竖井工程破坏机理研究第10卷第1期基于遍布节理模型的竖井工程破坏机理研究翟淑花，高谦。，丁桂伶(1．北京市地质研究所，北京100120；2．北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083)摘要：为揭示金川二矿区14行风井的破坏机理，本文首先根据井筒工程地质条件，建立了集1#矿体和14行风井在内的三维数值模型；然后，采用遍布节理模型分析了采动对14行风井稳定性的影响，从井壁位移和应力方面探索了金川二矿区l4行风井的破坏位置和破坏时间。结果表明，导致金川二矿区l4行风井破坏的直接原因

2、为采动引起竖井围岩沿弱面的滑移，除此之外，复杂的工程地质条件和低强度的支护形式也是造成14行风井破坏的原因，为14行风井返修加固提供依据。关键词：遍布节理模型；岩体移动；破坏机理；安全系数中图分类号：TD265．3+3文献标识码：A文章编号：1007-1903(2015)01-0061-060引言经达~1

3、889mm，并表现出极大的不均匀性和不对称性，这给二矿区内的竖井工程的稳定性带来了极大的威胁。竖井是矿区建设中的咽喉工程，其稳定性不仅关乎2005年3月9日至22日金川矿区14行风井突然发生冒落事工人的生命安全，还与矿山投资成败息息相关，现有调查故，致使650m

4、井筒被充填，距地表仅存170m井筒，造成工资料的统计结果表明，迄今为止我国已有十多个大中型矿程不能使用，给金川二矿区带来巨大的经济损失。因此，山的竖井井筒受开采影响而产生变形和破坏，带来了巨大开展14行风井的破坏机理研究既具有理论意义也具有经的经济损失。为此，许多科研工作者借助于理论分析、数济价值。值模拟、相似试验模拟、原位测试以及统计理论等分析方法叫创对井筒的破坏机理进行了研究和探索，并取得了卓114行风井工程地质条件及破坏形式有成效的成绩，但这些成果大多以煤矿厚冲积层中的竖井为研究对象，且提出了得到广泛认可的厚冲积层沉降引起l4行风井位于14行勘探线的下盘，属

5、二矿区矿山改井壁竖直附加应力增加的研究理论。但针对金属矿山矿扩建工程，是二矿区专用回风井。承担着二矿区1150m、井破坏机理的研究甚少，特别是采动影响下井筒变形破1000m两个主运输水平，14个生产盘区的回风任务。14行坏机理。风井工程穿过的工程围岩有超基性岩、花岗岩、大理岩、金川是我国最大的镍生成基地和铂族金属提炼中混合岩等，局部岩体裂隙及小断裂构造发育，在井筒底部心，是集采、选、冶和金属加工于一体的特大型有色金属lO00m中段、距井筒下底约90m处有一断层F16出露，该段联合企业。金川矿山地质条件复杂，构造发育，矿岩破碎，井筒工程地质条件较差，详见图1。岩体稳

6、定性极差，在全国范围内，属于极难开采的矿山之二矿区14行风井破坏后，通过对上部尚未填实部分一。金川二矿区采用的是充填法采矿，根据中国科学院地井筒进行调查，发现井筒破坏呈现以下几种主要特征：质与地球物理研究所为期5年半的GPS监测结果显示，(1)井壁错动开裂金川二矿区地表岩体移动非常严重，地表沉降最大值已二矿区14行风井井壁除了有环状裂缝外，还具有竖作者简介：翟淑花(1979一)，女，博士，高级工程师，主要从事岩土工程可靠性研究。2O152015Vo1．10No．1翟淑花等：基于遍布节理模型的竖井工程破坏机理研究第1O卷第1期肼胍肼肼式中，，纺以及分别表示节理面的凝

7、聚力、内mode1)进行模拟(表1)。C30混凝土衬砌采用弹性模型。摩擦角及抗拉强度。当岩体应力处于稳定区域时，岩体呈现弹性状态，不需要进行塑性修正，而进入屈服区域时，根据关联流动法则，需进行修正。局部坐标与广义坐标转换后剪切破坏修正后的应力增量羞关系可表示为式(4)：(4)～拉伸破坏段)修正后的应力增量关系可表示为式(5)：图3金川二矿区1号矿体及14行风井三维透视图A=c仃一(·：-jcos+sin)(3)计算方法△=(一‘．(K-2G／3sin2O+cos](5)计算分3步进行：首先计算在自重体积条件下使模型△’)达到平衡状态，获得该条件下的初始应力场；在此

8、基础上将位移清零，按照二矿区实际采矿计划(表2)进行数值模△：_(一’)(--JKI【+-42G，／3)sincos拟，根据开挖矿体前后应力场及位移场的变化，来分析地(2)计算模型的建立下开采对竖井变形、破坏的影响。金川1≠}矿体是目前二矿区的主采矿体，矿体长1．6km，大宽度为200m，平均宽98m，延伸千余米。为研2．2模拟结果分析究采动对14行风井的影响，建立了包括1拌矿体和14行风(1)变形分析井在内的真三维模型。三维数值模型见图3，模型尺寸为图4为井筒沉降变形随回采过程的变化曲线，揭示了3600m~4000m×1700m，根据研究需要对14行附近围井筒沉

9、降变化规律