鄰近巷道群開挖順序優(yōu)化數(shù)值模擬研究

1、1鄰近巷道群開挖順序優(yōu)化數(shù)值模擬研究摘要：本文以三河尖礦軌道大巷、運(yùn)輸大巷、回風(fēng)大巷組成的巷道群為條件，進(jìn)行了三條大巷不同開挖順序時(shí)巷道垂直應(yīng)力、圍巖位移、圍巖塑性區(qū)的模擬對(duì)比分析，得出了最佳的開挖順序?yàn)槟z帶機(jī)大巷→回風(fēng)大巷→軌道大巷，并進(jìn)一步優(yōu)化了圍巖穩(wěn)定的控制方案。關(guān)鍵詞：鄰近巷道群開挖順序數(shù)值模擬圍巖穩(wěn)定1模型建立本次模型以三河尖煤礦東一1000m水平112南盤區(qū)軌道大巷、膠帶機(jī)大巷和回風(fēng)大巷組成的巷道群為模擬條件，巷道位置關(guān)系如

2、圖1所示。模型尺寸為長(zhǎng)寬高=160m50m120m，共267280個(gè)單元。巷道斷面形狀為直墻半圓拱形，巷道設(shè)計(jì)尺寸：寬5400mm，拱高2900mm，邊墻高2600mm。模型上邊界按上覆巖層厚度施加均布載荷，下邊界垂直位移固定，左右兩側(cè)水平位移固定。模型采用的圍巖本構(gòu)關(guān)系為摩爾庫(kù)侖模型。計(jì)算模型如圖2所示，巖石相關(guān)力學(xué)參數(shù)參照表1。模型上部邊界至地表范圍內(nèi)圍巖以均布載荷的形式加在上部邊界，載荷大小為P=25MPa。2開挖順序?qū)Ρ确治?.

3、1模擬方案結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和礦區(qū)巖石力學(xué)參數(shù)，具體的開挖方案見表2。2.2結(jié)果對(duì)比分析3差異，各部位的圍巖穩(wěn)定狀態(tài)也有所不同，整個(gè)破損區(qū)的破壞范圍、大小、分布特征也不同。②方案一、三的膠帶機(jī)大巷圍巖塑性區(qū)分布很大，六種開挖方案中軌道大巷塑性區(qū)分布最小，由于高地應(yīng)力以及二次應(yīng)力場(chǎng)的擾動(dòng)，巷道群底板破壞最為嚴(yán)重。③巷道群主要以剪切破壞為主，破壞形狀大致相似，兩幫的塑性區(qū)破壞規(guī)律是從上到下依次增大再減小，在兩幫中心處破壞范圍最大，兩幫與底板交

4、界處破壞范圍最小。3圍巖穩(wěn)定控制模擬分析3.1模擬方案結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和支護(hù)參數(shù)選取要求，計(jì)算分析巷道開挖后在錨桿索支護(hù)和架棚支護(hù)狀態(tài)下圍巖移近量、塑性區(qū)分布、圍巖應(yīng)力分布特征。3.2結(jié)果對(duì)比分析①應(yīng)力場(chǎng)分布。從兩種方案狀態(tài)下水平應(yīng)力分布來看，錨桿索共同作用下頂板6.0m范圍內(nèi)基本維持在30MPa左右，其最高應(yīng)力值達(dá)到了34.5MPa，略高于無支護(hù)狀態(tài)。架棚作用下與錨桿索作用相似，其最高應(yīng)力值達(dá)到33.6Mpa，而無支護(hù)狀態(tài)下頂板水平應(yīng)

5、力基本在3033MPa之間。分析認(rèn)為在無支護(hù)條件下，頂板沒有得到強(qiáng)有力的支撐，沒有形成整體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力釋放，釋放的同時(shí)產(chǎn)生位移。②支護(hù)構(gòu)件軸力分布。通過對(duì)方案一和方案二的軸力進(jìn)行分析可知，錨桿索支護(hù)和架棚支護(hù)都發(fā)揮了很好的作用，錨桿在圍巖起到了拉伸的作用，U型鋼在控制圍巖過程中左肩角和右?guī)褪艿嚼ψ饔?，而右肩角和左幫受到壓力作用。③塑性區(qū)分布。對(duì)于塑性區(qū)分布，采用不同支護(hù)方案以后，首先是拉伸應(yīng)力區(qū)域的消除。錨桿索支護(hù)中依然以剪切破