深部巷道围岩变形失稳的数值
深部巷道围岩变形失稳的数值分析
王
超1，赵自豪1，陈世江1，伍永平
2（1．内蒙古科技大学矿业学院，内蒙古包头014010；2．西安科技大学能源学院，陕西西安710054）
摘要：采用Mohr －Coulomb 塑性本构模型，Isotropic －Fluid －Flow 本构模型，Fluid －Mechanical Interaction 渗流计算模式，建立FLAC 3D
固流耦合的渗流计算模式的数值模型，采用“开挖－支护－再开挖”的模拟过程，模拟分析石嘴山一矿38区+600m 轨道巷的变形与破坏的机理，得出深部巷道变形破坏的关键部位，为深部巷道支护提供了新的理论依据。关键词：深部软岩；剪切破坏；固流耦合；数值模拟
中图分类号：TD322+
．4
文献标志码：A 文章编号：1003－496X （2012）05－0154－03
Numerical Analysis of the Surrounding Rock Deformation and Instability in Deep Roadway
WANG Chao 1，ZHAO Zi －hao 1，CHEN Shi －jiang 1，WU Yong －ping 2
（1．Mining Institute ，Inner Mongolia University of Science and Technology ，Baotou 014010，China ；
2．Energy College ，Xi ＇a n University of Science and Technology ，Xi ＇a n 710054，China ）
Abstract ：Using Mohr －Coulomb plasticity constitutive model ，Isotropic －Fluid －Flow constitutive model and Fluid －Mechanical In-teraction seepage calculation mode ，the FLAC 3D numerical model of seepage calculation of solid －fluid coupling was established ，and the "excavation －support －re －excavation"simulation process was used．Through the simulation analysis on the deformation and failure mechanism of the track roadway at the depth of 600m of 38th panel in Shizuishan No．1coal mine ，the key parts of deformation and failure in deep roadway were concluded ，which provided a new theoretical basis for deep tunnel support．Key words ：deep soft rock ；shear failure ；solid －fluid coupling ；numerical simulation
基金项目：内蒙古科技大学创新基金资助项目（2009NC046）
随着煤炭长期开采和需求量的日益增加，浅部煤炭资源日益枯竭，
矿井不得不转入深部开采。在深部开采条件下，采掘过程中的地质灾害事故如岩
爆、巷道及采场大面积冒顶、垮塌等的表现形式和频度与浅部开采具有十分明显的区别
［1－2］
。而且，深
部开采条件下，岩体多被软弱面（断层、裂隙、节理、
层理）切割，巷道处于构造与应力复杂，岩层软弱，节理、裂隙异常发育，地下水耦合作用等严重的工程环境中，围岩岩体将沿着弱面剪切滑移，致使围岩松动破裂引起围岩冒、滑落以至于巷道的失稳破坏［3－4］
。煤矿的开采实践说明，在浅部表现为普通坚硬的岩石，在深部可能表现出软岩的特征：大变
形、
大地压、难支护等［5］
。国内外针对软岩问题进行了大量的研究，逐渐形成了一些有影响的理论和技术，如新奥法理论、松动圈理论、大弧板理论、联合支护理论
［6－9］
等。这些理论与技术解决了大量软岩
支护问题。但是，由于深部开采环境的复杂性，软岩巷道难支护的问题尚未得到根本解决。运用
FLAC 3D 分析深部巷道围岩的变形与破坏，为进一步从理论上研究其变形破坏的原因奠定基础，从而为
其选择合理可靠的支护方法提供理论依据，对于煤矿安全生产具有重要意义。1
工程背景
石嘴山一矿所采煤层大多数属于“三软”煤层，
岩体节理、裂隙发育。38区+600m 轨道巷所服务
的9#
煤层，其埋藏深度550m 。轨道巷受F 11大断层及其所影响的破碎带100m 左右，岩体破碎，节理发育，
平均12 32条/m 3
，平均间距＜0．2m 。随着开采深度增加，围岩性质发生很大变化，加上构造应力
复杂，地层水丰富，造成岩体软化，实验数据表明，泥
岩的软化系数为0．67［10］
。2数值模拟模型建立
2．1
模拟参数的确定对9#
煤层底部巷道进行开挖和加锚支护的模
拟，基本参数见表1。
2．2巷道及围岩网格的生成
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·（第43卷第5期）
分析·探讨