基于FLAC3D的車場支護(hù)方案數(shù)值模擬

趙立新，甄創(chuàng)家，張 斌，李 爍

(1.寧夏王洼煤業(yè)有限公司王洼二礦，寧夏 固原 756505；2.安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001)

1 工程概況

根據(jù)地質(zhì)勘探報告，王洼二礦21采區(qū)下部車場巷道總長381.2 m，自東往西分別穿五煤、泥巖、八煤、細(xì)粒砂巖、中粒砂巖，底板大部分為黑灰色泥巖。巷道自左向右傾斜，傾斜角度為4°～11°，埋深為580 m。21采區(qū)下部車場為21采區(qū)回風(fēng)、輔助運輸服務(wù)，自東往西分別為穿煤段、穿泥巖段、穿細(xì)粒砂巖段、穿中粒砂巖段。

2 計算條件與工況劃分

模型尺寸為60 m×60 m×12 m，模擬巖層自左向右傾斜9°，分為6層，共有36 780個網(wǎng)格、41 635個節(jié)點[1]。分別模擬了穿煤段、穿泥巖段、穿細(xì)粒砂巖段、穿中粒砂巖段4種工況，其中穿泥巖段模型網(wǎng)格劃分，見圖1。21采區(qū)下部車場模擬開挖距離為12 m，根據(jù)21采區(qū)下部車場掘進(jìn)作業(yè)規(guī)程，開挖步距初定為2.4 m/d，全程開挖5步[2]。數(shù)值模型采用FLAC3D軟件中莫爾-庫倫(Mohr-Coulomb)屈服準(zhǔn)則[3]。各巖層力學(xué)參數(shù)見表1。

圖1 穿泥巖段網(wǎng)格劃分

表1 模型中巖石力學(xué)參數(shù)

3 模擬原支護(hù)方案

為了更直觀地觀察原支護(hù)方案的作用效果、了解該支護(hù)方案的缺陷以及在該支護(hù)下巷道的變形破壞特征[4]。分別對4種穿層巷道的原有支護(hù)進(jìn)行模擬[5]，見圖2。

圖2 原支護(hù)方案

在原支護(hù)方案下，巷道各穿層段圍巖變形量見表2。

表2 各穿層段圍巖數(shù)值模擬變形量 單位：mm

以上模擬結(jié)果與現(xiàn)場圍巖變形破壞特征、變形量基本吻合，印證了模型中巖體參數(shù)的選取基本正確。其中穿泥巖段巷道變形最大，因此，本文采用穿泥巖段模型來比選最優(yōu)支護(hù)方案。

4 模擬新支護(hù)方案

21采區(qū)下部車場模擬中擬選用4種新支護(hù)方案，其支護(hù)形式見表3所示。

表3 各支護(hù)方案

其中新支護(hù)方案3為通過注漿加固改變圍巖巖性，以提高圍巖的可錨性。注漿后的圍巖參數(shù)由前期試驗選取。新支護(hù)方案3的支護(hù)斷面見圖3。

圖3 新支護(hù)方案3

4種支護(hù)方案中巷道圍巖變形量見表4。從各變形量看，新方案3控制效果最好。

表4 4種新支護(hù)方案下巷道圍巖的變形量值 單位：mm

5 結(jié) 論

1)類似 21采區(qū)下部車場這種穿層巷道，可以通過模擬不同穿層段的支護(hù)效果，并與現(xiàn)場變形情況對比，判斷巖體參數(shù)選擇的合理性。然后選擇最大變形量地段(本文為泥巖段)，根據(jù)優(yōu)化的巖體力學(xué)參數(shù)建立支護(hù)方案的比選模型。

2)模擬中發(fā)現(xiàn)，與東部礦區(qū)不同，西部侏羅系泥質(zhì)軟巖巷道在原支護(hù)上添加結(jié)構(gòu)補(bǔ)償錨索，并不能及時有效的控制或降低泥巖巷道的變形量及變形速度，及時對原支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有所優(yōu)化，泥巖巷道的豎向位移仍然很大。應(yīng)從提高泥巖耐崩解性的角度考慮如何提高地質(zhì)軟巖工程的穩(wěn)定性。

3)通過模擬看出，注漿加固支護(hù)方案控制泥巖巷道變形效果最好，后期可以針對性地研究一些防止圍巖泥化的注漿材料。

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