多層軟弱夾層對保安礦柱穩(wěn)定性的影響研究

艾華

摘要：當(dāng)保安礦柱存在多層軟弱夾層時，對巷道的整體穩(wěn)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(wěn)定性的影響進行分析研究。分析結(jié)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(cè)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(qū)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(guān)鍵詞：軟弱夾層;數(shù)值模擬;保安礦柱;穩(wěn)定性

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

中圖分類號：TD80 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(huán)境大多是沉積巖，容易形成層狀的巖體結(jié)構(gòu)[1-3]。而巷道圍巖穩(wěn)定性主要取決于巖體內(nèi)各種結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)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(jié)構(gòu)的控制。大量工程實踐表明，當(dāng)層狀圍巖存在軟弱夾層時，對巷道的整體穩(wěn)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(wěn)定性影響過程較為復(fù)雜。目前國內(nèi)外的研究人員針對巷道圍巖含軟弱夾層的支護技術(shù)上做了很多的研究[6-7]，但在多層軟弱夾層圍巖對巷道穩(wěn)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(wěn)定性的影響進行分析研究。

1 ?數(shù)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(yīng)力場、位移場特征的影響，設(shè)計數(shù)值計算模型尺寸為設(shè)計數(shù)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(shù)選取與計算方案

采用莫爾-庫倫（Mohr-Coulomb）彈塑性本構(gòu)模型。計算模型除地表面設(shè)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(jù)現(xiàn)場的工程地質(zhì)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(xiàn)設(shè)計如下開挖模擬方案，如表1所示。

3 ?模擬結(jié)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(cè)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(jié)論：

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

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

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

④靠近巷道側(cè)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(jié)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(wěn)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(yīng)力持續(xù)增加，上覆圍巖的壓應(yīng)力主要集中于巷道兩側(cè)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(cè)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(qū)域要加大支護強度。

參考文獻(xiàn)：

[1]任志丹.含軟弱夾層邊坡的穩(wěn)定性分析[D].昆明理工大學(xué)，2015.

[2]賈蓬，唐春安，巷道層狀巖層頂板破壞機理[J].煤炭學(xué)報，2006，31（1）：11-15.

[3]許寶田，閻長虹，劉軍熙.邊坡巖體軟弱夾層剪切變形本構(gòu)模型研究[J].巖土力學(xué)，2010，31（S2）：65-69.

[4]李桂臣.軟弱夾層頂板巷道圍巖穩(wěn)定與安全控制研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)（北京），2008：32-34.

[5]秦昊，茅獻(xiàn)彪，徐金海.軟弱頂板煤巷圍巖變形破壞特征數(shù)值分析[J].采礦與安全工程學(xué)報，2006，23（3）：289-292.

[6]許興亮，張農(nóng).富水條件下軟巖巷道變形特征與過程控制研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，36（3）：298.

[7]蔣軍.曼家寨露天礦東幫含斷層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2017：10-21.

[8]彥輝.FLAC原理、實例與應(yīng)用指南[M].北京人民交通出版社，2005.

[9]何滿潮，景海河，孫曉明.軟巖工程力學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2002：13-50.

[10]宋彥琦，李名，劉江，周濤，孫川.含不同傾角天然軟弱夾層的大理巖破壞試驗[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015，04：623-629.