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

1、錨噴支護作為一種傳統(tǒng)的支護方式,廣泛地應用于煤礦巷道等地下工程領域,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,現(xiàn)有的錨噴支護理論落后于現(xiàn)狀的發(fā)展,很難適應具體的實際情況,特別是處于高地應力復雜地質(zhì)中的巷道支護,現(xiàn)有理論遠遠不能滿足實際應用需求。因此,有必要在現(xiàn)有研究成果的基礎上,采用數(shù)值模擬方法進行特定情況下巷道錨噴支護的分析研究,以更科學、更有效、更可靠地應用錨噴支護技術。
　　本

2、文在參考大量文獻的基礎上,分析了高地應力巷道圍巖變形特征及變形機理,并介紹了錨噴支護的類型、機理與原則以及錨噴支護技術的全面質(zhì)量控制原理。
　　與建立在眾多假設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,有著較強的適應性,在很多特殊復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、試驗的基礎上,取得了巖層物理力學參數(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)場實際的高地應力情況以及復雜的地質(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—庫倫準則,較為真實地模擬了高地應力復雜地質(zhì)中巷道全斷面分段開挖支護以及臺階法分段開挖支護全過程的圍巖位移、塑性區(qū)、應力的分布情況和規(guī)律。
　　同時,本文還模擬了當水平地應力系數(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。
　　當巷道軸線與水平地應力方向為不同夾角時,巷道圍巖表現(xiàn)出不同的應力分布、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力的夾角為0°、15°、30°、45°、60°、75°時的圍巖變形、應力及塑性區(qū)分布進行了分析,對于高地應力條件下指導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,當錨噴支護距開挖面一

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