本站原创【摘 要】 位于淮南矿区的朱集西煤矿井深1000m,-962m水平巷道围岩变形就越来越明显,巷道变形机理复杂,对支护方式的选择带来极大的困难.矿井巷道围岩表现出的明显的大变形对安全生产效益带来挑战.从理论和实际经验来说,解决朱集西煤的技术难题及矿井建设的迫切问题就是解决深部高应力、软岩巷道支护问题.本文在参考大量文献的基础上,以朱集西矿深部巷道为背景,运用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的研究方法,对深部矿井巷道围岩的力学形态和变形机理进行了系统的分析和研究.通过长期的巷道变形的观测,并利用大型有限差分数值计算软件FLAC3D建立了朱集西煤矿深部巷道的数值模型,计算分析深部矿井巷道围岩位移场、应力场,分析了深部矿井巷道围岩变形破坏的特点.论文利用FLAC3D工程模拟软件,模拟巷道顶底板不同岩性情况的力学特征和变形机理,得出了巷道的破坏的原因,提出巷道的支护改进方式.
【关 键 词 】 深部巷道 力学特征 变形 数值模拟
1.数值模型的建立
（1）本模型采用FLAC3D中如图1所示的平行六面体单元,自动划分网格,划分网格数目（n1,n2,n3,n4）等于（10,1,10,10）,在第四方向上的比率为1.03,其余方向为等间距网格.
（2）巷道断面为直墙半拱形,巷道宽5.2m、高4.0m、圆拱半径2.6m,在模型建立过程中,模型埋深取1000m,模拟顶底板不同岩性情况下巷道的应力大小分布及位移变化情况.考虑计算机模拟速度及模拟结果精确性,模型网格等距划分,巷道底板网格间距适当加大.具体网格划分模型平面图如图2所示,网格单元数约20万（如图3、表1）.
2.巷道埋深对巷道围岩稳定性的影响
图4、5分别给出埋深500、860米时巷道围岩的水平、垂直应力云图.从图（a）可知,底板两侧水平应力随着巷道的埋深增加逐渐增大.从图（b）知,随着埋深的增加,应力集中影响区域越来越大,如巷道右帮在500米深度时影响区域主要集中在右下角,当埋深增加到860米时,影响区域已经由基角延伸到右帮深处2.5米左右.
从图5可知,巷道围岩的垂直应力随着巷道埋深也发生了很大的变化.埋深500米时,最大主应力峰值为仅30.36MPa,而埋深达到860米时,最大主应力峰值达到了46.35MPa.巷道围岩应力峰值随巷道埋深变化基本呈线性变化.如考虑巷道围岩应力峰值相对不同埋深下原岩应力增高系数,巷道围岩峰值的系数随着埋深变化是直线下降的（如图6、7）.
3.埋深1000米巷道围岩应力及变形的数值计算方案
（1）取巷道拱部为泥岩,墙部及底板为砂岩情况下,计算巷道围岩的应力及变形情况,研究巷道围岩应力与变形特征.（2）取巷道拱部为砂岩,墙部及底板为泥岩情况下,计算巷道围岩的应力及变形情况,研究巷道围岩应力与变形特征.
4.数值计算结果分析
4.1 巷道的应力分布特征
（1）根据数值模拟结果图8所示,巷道拱部为泥岩,墙部及底板为砂岩时,巷道顶板围岩的应力场比底板围岩的应力场小,这与泥岩内部各点受力的连续性没有砂岩内部各点受力的连续性强的理论实际相符合；巷道围岩最大应力为65Mpa,主要集中在巷道底脚,拱部最大应力为10Mpa,底板围岩最大正向应力为6.97Mpa,最大反向应力为10Mpa.
（2）根据数值模拟结果图9所示,巷道拱部为砂岩,墙部及底板为泥岩时,巷道顶板围岩的应力场比底板围岩的应力场小,这与泥岩内部各点受力的连续性没有砂岩内部各点受力的连续性强的理论实际相符合；巷道围岩最大应力为41.1Mpa,主要集中在巷道两帮,拱部最大应力为5Mpa,底板围岩最大正向应力为3.9Mpa,最大反向应力为5Mpa.
4.2 巷道的变形特征
（1）根据数值模拟结果图10所示,巷道拱部为泥岩,墙部及底板为砂岩时,巷道顶板变形范围比底板变形范围大,最大变形出现在巷道顶板,为200mm,最小变形出现在底板,为50mm.
（2）根据数值模拟结果图11所示,巷道拱部为砂岩,墙部及底板为泥岩岩时,巷道顶板变形范围比底板变形范围小,最大变形出现在巷道底板,为250mm,最小变形出现在顶板,为77mm.
5.结语
（1）通常情况下,巷道顶板的应力都没有底板承受的应力大.
（2）巷道顶板为泥岩,墙部及底板为砂岩时,未支护情况下,破坏变形最大值出现在顶板；最大应力集中在底脚,如果顶板支护理想的情况下,底脚更容易破坏,从而引起巷道两帮变形破坏.所以当巷道顶板为泥岩,墙部及底板为砂岩时,在加强巷道支护的同时,加强巷道底脚的支护.
（3）巷道顶板为砂岩,墙部及底板为泥岩时,未支护情况下,破坏变形最大值出现在底板；最大应力集中在两帮,如果顶底板支护理想的情况下,两帮更容易破坏,从而引起巷道拱部变形破坏.所以当巷道顶板为砂岩,墙部及底板为泥岩时,在加强巷道顶底板支护的同时,加强巷道两帮的支护.