层状软岩巷道本构模型的实现与验证.pdf

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1、能源技术与管理2013年第38卷第4期154EnergyTechnologyandManagementV01．38No．4doi：10．3969／j．issn．1672—9943．2013．04．060层状软岩巷道本构模型的实现与验证师张义(山西安煤矿业设计工程有限公司，山西太原030001)[摘要]层状岩体是煤矿工程中普遍存在的一种赋存岩体类型，而目前的软岩巷道模型多采用各向同性的软化模型，没有考虑到层状特性，导致模拟结果与现场相比差距很大，基于横观各向同性建立了层状软岩的力学模型，并以某矿首采区5号煤层为背景，分析考虑了不同角度下围岩的位移分布特征，研究表明倾角对于

2、巷道开挖后的应力分布有一定的影响，尤其在倾角为30。～60。之间时顺着岩层倾角的边墙侧极易发生垮塌，从而也验证了该模型应用于层状软岩岩体是合适的。[关键词]层状岩体；软岩巷道；本构模型[中图分类号]TD322[文献标识码]B[文章编号】1672_9943(2013)04154_03组下部，下距K3砂岩4．76m。根据井田内钻孔的O引言揭露情况，煤层厚0．63～4．40in，平均2．76in，属井层状岩体是工程建设中普遍存在的一种赋存田稳定大部可采煤层。煤层结构简单，一般不含夹岩体类型。由于在形成过程中经历各种地质构造矸或含一层至二层夹矸。煤层顶板为泥岩，底板为作用，层状

3、岩体结构与其他岩体有显著的差别，含泥岩、砂质泥岩，属于软岩围岩。有层面、节理等缺陷介质，不仅力学特性如变形和根据井田内构造条件、煤层赋存条件，5号煤强度具有各向异性特征，在破坏机制也存在着较层采用一次采全高倾斜(走向)长壁采煤方法，后大的差异，特别是对那些具有复杂地质条件与赋退式回采，全部冒落法管理顶板。投产时一采区首存环境的工程，如软岩巷道，使得巷道及硐室支护采工作面编号为1501，选用MG30O『73O—WD2型的难度和破坏程度不断增加，尤其是在巷道及硐电牵引采煤机完成1501面的开采，采用“割顶”来室内出现的大面积底鼓、边墙大变形等现象，常规实现井田南部局部区域厚

4、度小于1．8m的5号煤的支护手段已不能有效控制其变形破坏，给煤矿层开采。选用SZZ一764／200型转载机、PCM132型的安全生产带来了极大的困难。所以，对软岩条件破碎机各和DSJ100／2~250顺槽可伸缩胶带输送下层状岩体力学行为与响应机制进行研究，建立机，支架采用ZY6800／18／40型掩护式液压支架，合适的力学模型进行数值模拟分析，具有重要的其支护强度0．78～0．85MPa。现实意义。以围岩稳定理论为指导，在编制层状软1501工作面巷道断面支护如图1所示。岩巷道的力学模型的基础上，通过数值模拟分析层状软岩巷道的变形特点及支护对策，从而为该{l／钢筋水／锚索

5、×8c0o矿巷道的安全支护奠定了基础。—卅FI量昌In景11试验工作面基本条件8。。该矿井田位于河东煤田中部离柳矿区内的三星88交一柳林单斜北部东缘。受其影响，总体呈一单斜。。罱l150I2200i1150构造，并伴有波状小褶曲。走向为NE～SW向，倾向为NW向，倾角一般为2。一14。，仅井田中部局‘ll{’、＼’、、。III一部达18。。井田内未发现断层及陷落柱，也没有岩0浆岩的侵入。井田构造属简单类。1oo4：5ool0C井田内主要可采煤层有4、5、8,9号煤层共44700层，首采为一采区的5号煤层，5号煤层位于山西图11501工作面巷道断面支护图2013年8月Fe

6、b．．2013师张义层状软岩巷道本构模型的实现与验证155其运输顺槽断面形式为矩形，净宽4．5m，净在程序计算过程中，当岩体的变形为弹性变高3．0m，净断面积13．5m，回风顺槽断面形式为形时，应力增量可由横观各向同性应力一应变关系矩形，净宽4．5m，净高3．5m，净断面积15．8m，直接得出；当发生塑性变形，则应力增量仅由总应支护形式均为锚网、锚索、工字钢联合支护，锚杆变增量的弹性部分确定。间距800mmx800mm，并每间隔2m向顶板打1根据多节理的层状软岩岩体本构模型有限差根8m长锚索补强支护，另外，每间隔1m采用分数值计算方法，利用FLAC。。提供的自定义模型I

7、12工字钢对顶板和两帮支护，巷道顶板铺设钢UDM的接口以及Vc++编程语言，将所建立的本筋水泥背板支护，水泥背板外压工字钢。构模型编译成DLL文件(动态链接库)，嵌入到该在巷道的支护中，由于泥岩单轴饱和抗压强软件中，由此实现了该模型的数值计算功能。度仅为10MPa，且其层面角度极陡，约为6O。左3数值模拟模型的验证右，不仅呈现出软岩的一般特性，如出现大面积底鼓、边墙大变形等现象，而且在实践中发现与层面3．1数值模拟方案角度密切相关，如图2所示。如在该巷道中，左边层状软岩模型与普通软岩模型的区别在于可墙变形明显要大于右边墙，顶拱变形要明显大