深部巷道圍巖塑性區(qū)分布及其控制研究.pdf

1、本文以國家自然科學(xué)基金“深部大變形巷道圍巖破壞與穩(wěn)定性控制研究”項目為依托，在充分分析深部巷道塑性區(qū)影響因素，研究塑性區(qū)惡性擴展過程及其控制的基礎(chǔ)上，提出了“錨網(wǎng)索噴+局部注漿加強”的支護方案并在該類巷道實施，該方案的應(yīng)用在現(xiàn)場取得了良好的支護效果。
　　根據(jù)彈性力學(xué)、彈塑性力學(xué)、礦山壓力等理論，分析了深部巖體應(yīng)力分布規(guī)律并分段擬合了相關(guān)計算公式，建立了力學(xué)計算模型，推導(dǎo)了圓形巷道塑性區(qū)范圍公式、計算并得出了圓形巷道在不同側(cè)壓系數(shù)

2、下的塑性區(qū)形態(tài)。研究認為，深部巷道圍巖產(chǎn)生大變形、松動破壞和支護失效的直接原因是圍巖塑性區(qū)的惡性擴展。塑性區(qū)的幾何形態(tài)、尺寸范圍決定了巷道破壞的形式與程度。深部巷道圍巖塑性區(qū)與深部地應(yīng)力分布規(guī)律及巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)有著密切關(guān)系。
　　運用FLAC3D數(shù)值模擬軟件建立了深部巷道數(shù)值模擬計算模型，采用單一因素分析法，高仿真模擬計算了不同幾何斷面、非均勻應(yīng)力場、采動應(yīng)力場、不同巷道斷面尺寸、不同圍巖強度和不同中間主應(yīng)力條件下的塑性區(qū)形態(tài)，

3、認為非均勻應(yīng)力場與采動應(yīng)力場同時影響塑性區(qū)形態(tài)和范圍，而斷面尺寸、圍巖強度及中間主應(yīng)力對塑性區(qū)范圍影響明顯。同時模擬計算了深部巷道塑性區(qū)惡性擴展過程，繪制了塑性區(qū)惡性擴展全程曲線。
　　通過對塑性區(qū)惡性擴展理論分析與FLAC3D數(shù)值模擬，可以將塑性區(qū)惡性擴展大致劃分為5個階段，即塑性點的出現(xiàn)、塑性環(huán)的形成、塑性環(huán)局部畸變、塑性區(qū)非均勻擴展、塑性區(qū)惡性擴展等。認為塑性點階段的短暫性決定了其不具有可控性、塑性區(qū)高速擴展階段的大范圍破壞

4、性決定了其不具有控制意義。而其它各階段存在著充分的施工空間，這就意味著通過人為干預(yù)可以阻止或延遲塑性區(qū)惡性擴展。塑性區(qū)最佳控制時期是塑性環(huán)與塑性環(huán)畸變階段,避免超過非均勻擴展階段。塑性區(qū)支護控制中塑性區(qū)范圍與錨固深度存在匹配關(guān)系，錨固深度位于塑性區(qū)內(nèi)控制性最差，錨固深度位于塑性區(qū)邊界線次之，最佳匹配關(guān)系是錨固深度超出塑性區(qū)邊界線一定范圍。另外，通過分析認為局部支護加強是控制塑性區(qū)惡性擴張的有效手段。提出提出了“錨網(wǎng)索噴+局部注漿加強”的

5、支護形式。
　　將“錨網(wǎng)索噴+局部注漿加強”的支護應(yīng)用于工程實踐，通過對巷道表面位移及深部裂隙發(fā)育進行監(jiān)測和分析可得：實驗段巷道段測點處圍巖的變形量相對較小，且趨于穩(wěn)定；圍巖裂隙大致均勻分布，由此可以推斷，其塑性區(qū)為基本均勻分布，這明顯區(qū)別于原支護方案巷道段大變形不穩(wěn)定情形；在實驗段巷道內(nèi)嚴重底鼓情形明顯得到良好控制且保持穩(wěn)定；實驗巷道表面圍巖的變形是由1.0m內(nèi)的淺部圍巖變形造成的，深部圍巖輕微擾動。以上都充分說明“錨網(wǎng)索噴+局