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深部软岩巷道合理喷层厚度确定

【摘要】:随着能源需求越来愈大,煤炭开采规模也越来愈大,开挖深度越来越深。在我国煤炭开采过程中,有将近53%的矿区开采深度达到800米以上,而深部巷道70%布置在软弱煤层中。采取一定的措施来保障巷道围岩的稳定性对于煤矿的开挖建设和生产有着重要的经济利益与安全价值。本文运用FLAC3D数值模拟结合理论分析的研究方法,建立合理应变软化模型。采用数值模拟方法分析研究不同喷层厚度巷道围岩塑性范围及位移场、应力场分布,并分析在不同埋深和不同断面尺寸条件下,喷层厚度对巷道稳定性的影响。本文选取的巷道埋深分别为600.0m、800.0m、1000.0m。巷道断面为直墙半圆拱,尺寸分为三种情况:宽度6m,直墙高3m,半圆拱半径3m,记为断面1;宽度8m,直墙高4m,半圆拱半径4m,记为断面2;宽度10m,直墙高5m,半圆拱半径5m,记为断面3。模拟混凝土喷层厚度分别为0.0mm、20.0mm、50.0mm、70.0mm、100.0mm、200.0mm、300.0mm、400.0mm时巷道围岩位移场、应力场以及塑性圈分布规律。通过数值模拟实验,得到以下结果:(1)当巷道围岩埋置深度相同,随着围岩断面尺寸的增加,喷层厚度的大小对巷道围岩的稳定性影响越来越明显,其中喷层厚度对巷道表面位移控制的效果是最为明显。当巷道断面尺寸相同,随着围岩埋深的增加,喷层厚度的大小对巷道围岩稳定性的影响越来越明显,其中喷层厚度对巷道表面位移控制的效果也是最为明显。(2)对于断面尺寸相同的深部软岩巷道,当埋深为800.0m~1000.0m的时候,合理喷层厚度为200.0mm,随着埋深的继续增加,喷层厚度对于围岩稳定性的影响已经不大。对于埋深相同的深部软岩巷道(文本以巷道埋深800.0m为例),随着巷道断面尺寸的增加,合理喷层厚度维持在200.0mm左右,当断面尺寸继续增大的时候,喷层厚度对于围岩稳定性的影响已经不大。(3)不同的混凝土喷层厚度围岩在直墙与半圆拱相交接的地方,围岩的位移场、应力场以及塑性范围都相对较大,所以此位置是最易受损破碎的位置,应根据该部位围岩稳定所需强度选择支护形式及参数。深部软岩巷道喷层厚度对巷道围岩关键部位塑性范围、巷道表面位移以及应力都有着显著的控制作用。

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