高地應(yīng)力復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道錨噴支護(hù)的數(shù)值模擬及優(yōu)化研究.pdf

1、錨噴支護(hù)作為一種傳統(tǒng)的支護(hù)方式,廣泛地應(yīng)用于煤礦巷道等地下工程領(lǐng)域,取得了良好的效果,亦積累了豐富的經(jīng)驗。隨著淺部的煤炭資源日益枯竭,煤礦巷道向縱深方向邁進(jìn),現(xiàn)有的錨噴支護(hù)理論落后于現(xiàn)狀的發(fā)展,很難適應(yīng)具體的實際情況,特別是處于高地應(yīng)力復(fù)雜地質(zhì)中的巷道支護(hù),現(xiàn)有理論遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際應(yīng)用需求。因此,有必要在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上,采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行特定情況下巷道錨噴支護(hù)的分析研究,以更科學(xué)、更有效、更可靠地應(yīng)用錨噴支護(hù)技術(shù)。
　　本

2、文在參考大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,分析了高地應(yīng)力巷道圍巖變形特征及變形機(jī)理,并介紹了錨噴支護(hù)的類型、機(jī)理與原則以及錨噴支護(hù)技術(shù)的全面質(zhì)量控制原理。
　　與建立在眾多假設(shè)條件下的解析法和相似模擬相比較,數(shù)值模擬表現(xiàn)出較多的優(yōu)勢,有著較強(qiáng)的適應(yīng)性,在很多特殊復(fù)雜條件下必須借助于數(shù)值模擬分析。本文以具體的工程實例為背景,在現(xiàn)場調(diào)研、取樣、試驗的基礎(chǔ)上,取得了巖層物理力學(xué)參數(shù),采用FLAC3D有限差分軟件建立了該巷道的數(shù)值模擬模型。在建立數(shù)值模型

3、時就考慮了現(xiàn)場實際的高地應(yīng)力情況以及復(fù)雜的地質(zhì)分布情況,為了較好地模擬實際情況,建立了50×50×16.8m的三維數(shù)值模擬模型,分8個開挖段,每個開挖段2.1m,采用摩爾—庫倫準(zhǔn)則,較為真實地模擬了高地應(yīng)力復(fù)雜地質(zhì)中巷道全斷面分段開挖支護(hù)以及臺階法分段開挖支護(hù)全過程的圍巖位移、塑性區(qū)、應(yīng)力的分布情況和規(guī)律。
　　同時,本文還模擬了當(dāng)水平地應(yīng)力系數(shù)K=0.25、K=0.5、K=0.75、K=1.00、K=1.25,巷道的頂、底板的豎

4、向位移、兩幫的水平位移以及塑性區(qū)分布規(guī)律。
　　當(dāng)巷道軸線與水平地應(yīng)力方向為不同夾角時,巷道圍巖表現(xiàn)出不同的應(yīng)力分布、變形特征和規(guī)律。本文采用數(shù)值模擬方法,建立了120×50×16.8m的三維數(shù)值模擬模型對巷道軸線與水平地應(yīng)力的夾角為0°、15°、30°、45°、60°、75°時的圍巖變形、應(yīng)力及塑性區(qū)分布進(jìn)行了分析,對于高地應(yīng)力條件下指導(dǎo)巷道的合理布置有一定的參考價值。
　　本文還對全斷面分段開挖支護(hù),當(dāng)錨噴支護(hù)距開挖面一

5、定距離時的圍巖變形、應(yīng)力的影響范圍、規(guī)律進(jìn)行了探討,同時,也對采用預(yù)應(yīng)力錨桿時的圍巖變形情況進(jìn)行了分析。
　　為了對試驗段巷道的圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行評價,在巷道的施工過程中對巷道的頂、底板及兩幫的位移進(jìn)行了現(xiàn)場量測。數(shù)值模擬計算結(jié)果與實際量測結(jié)果基本相符,可以認(rèn)為:本次數(shù)值模擬分析的結(jié)果是可行的,對于指導(dǎo)后續(xù)巷道的錨噴支護(hù)設(shè)計和施工既有一定的參考、指導(dǎo)作用。
　　最后,從圍巖頂、底板及兩幫位移、最大及最小主應(yīng)力等