多層軟弱夾層對保安礦柱穩定性的影響研究

艾華

摘要：當保安礦柱存在多層軟弱夾層時，對巷道的整體穩定性影響極大。為此，采用FLAC-3D模擬軟件對采動過程中多層軟弱夾層對保安礦柱穩定性的影響進行分析研究。分析結果表明：位于最上方的軟弱夾層要大于下方的軟弱夾層，靠近巷道兩側保安礦柱的水平方向位移和豎直方向位移各層位位移差有增加的趨勢。因此需要對保安礦柱含軟弱夾層區域要加大支護強度。

Abstract： When there is a multi-layer weak interlayer in the safety pillar， it has a great influence on the overall stability of the roadway. For this reason， FLAC-3d simulation software was used to analyze and study the influence of multi-layer soft interlayer on the stability of safety pillar during mining. The analysis results show that the weak interlayer at the top is larger than the weak interlayer at the bottom， and the horizontal displacement and vertical displacement of the safety pillars near both sides of the roadway have an increasing trend. Therefore， it is necessary to strengthen the support strength in the weak interlayer area of the security pillar.

關鍵詞：軟弱夾層;數值模擬;保安礦柱;穩定性

Key words： weak interlayer;numerical simulation;safety pillar;stability

中圖分類號：TD80 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0118-03

0 ?引言

在我國，地下開采活動中，開采環境大多是沉積巖，容易形成層狀的巖體結構[1-3]。而巷道圍巖穩定性主要取決于巖體內各種結構面的性質及其對巖體的切割程度。因此巷道圍巖的變形破壞受層狀圍巖結構的控制。大量工程實踐表明，當層狀圍巖存在軟弱夾層時，對巷道的整體穩定性影響極大[4-5]。在實際開采掘進過程中，可能會存在多層的軟弱夾層，這樣對巷道的穩定性影響過程較為復雜。目前國內外的研究人員針對巷道圍巖含軟弱夾層的支護技術上做了很多的研究[6-7]，但在多層軟弱夾層圍巖對巷道穩定性的影響上的研究比較局限[8-10]。為此，采用FLAC-3D模擬軟件對采動過程中多層軟弱夾層對保安礦柱穩定性的影響進行分析研究。

1 ?數值模型的建立

為了研究開采條件下保安礦柱的變形情況，對礦體進行分步驟開挖，以便于更好分析軟弱夾層對地應力場、位移場特征的影響，設計數值計算模型尺寸為設計數值計算模型尺寸為280m×140m×220m，層狀巖體傾角為26°。計算模型示意圖如圖1和圖2所示。

模型的計算邊界條件為：用 FLAC3D里的FIX 命令將模型 X 和 Y 方向法向位移約束，模型底部為固定邊界，頂部為自由邊界。

2 ?參數選取與計算方案

采用莫爾-庫倫（Mohr-Coulomb）彈塑性本構模型。計算模型除地表面設為自由邊界外，模型底部約束垂直位移，其它邊界均約束水平位移。根據現場的工程地質資料情況，為了更好的分析礦體開挖過程中對巷道圍巖的變形破壞的影響，現設計如下開挖模擬方案，如表1所示。

3 ?模擬結果分析

各開挖步驟下巷道圍巖軟弱夾層的位移圖如圖3到圖6所示。

通過對各方案開挖后，巷道左右兩側保安礦柱中軟弱夾層的水平和豎向位移圖可以得出以下結論：

①礦房開挖后，巷道左側保安礦柱中軟弱夾層從遠端到巷道水平位移先減小后增加，方向發生反轉，巷道右側保安礦柱中軟弱夾層從遠端到巷道水平位移同樣先減小后增加。方向發生先反轉再反轉。兩側水平位移呈現中心對稱的特點。

②礦房開挖后，巷道左側保安礦柱從遠端到巷道豎向位移先減小后增大，方向由豎直向上轉為豎直向下。巷道右側保安礦柱從遠端到巷道豎向位移先減小后增大，方向為豎直向下。右側保安礦柱的位移大于左側。

③水平方向上層位1（泥質粉砂巖）位移大于層位2（錳礦石）大于層位3（粉砂質泥巖）。豎直方向上巷道左側層位1位移最大，巷道右側層位1位移最大。兩側豎向位移呈現中心對稱的特點。但右側的變形波動要大。

④靠近巷道側保安礦柱水平方向位移和豎直方向位移各層位位移差有增加的趨勢。

4 ?結論

采用FLAC-3D模擬軟件對采動過程中多層軟弱夾層圍巖對保安礦柱穩定性的影響進行分析研究。隨著開采的進行巷道圍巖的最大主應力持續增加，上覆圍巖的壓應力主要集中于巷道兩側的保安礦柱上。通過對保安礦柱中軟弱夾層變形量進行分析，我們可以得出位于最上方的軟弱夾層要大于下方的軟弱夾層，靠近巷道側的水平方向位移和豎直方向位移各層位位移差有增加的趨勢。因此需要對巷道兩幫保安礦柱含軟弱夾層區域要加大支護強度。

參考文獻：

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