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深部动压巷道围岩应力分布规律及不对称变形机理研究
摘要
为了研究深部动压巷道围岩的应力分布规律和不对称变形机理，进行了现场观测和数值模拟研究。通过现场应力测试和矿压监测，获得了深部动压巷道周围的应力分布情况。利用有限元软件Abaqus对巷道进行了三维力学有限元数值模拟，模拟结果与现场观测结果基本吻合。分析了应力分布规律和不对称变形机理，为工程实践提供了一定的参考依据。
关键词：深部动压巷道；应力分布规律；不对称变形机理；有限元数值模拟。
Abstract
Inordertostudythestressdistributionlawandasymmetricdeformationmechanismofsurroundingrockindeepdynamicpressureroadway,fieldobservationandnumericalsimulationwerecarriedout.Thestressdistributionaroundthedeepdynamicpressureroadwaywasobtainedbyfieldstresstestingandminingpressuremonitoring.Three-dimensionalmechanicalfiniteelementnumericalsimulationoftheroadwaywascarriedoutbyusingfiniteelementsoftwareAbaqus,andthesimulationresultsbasicallycoincidedwiththefieldobservationresults.Thestressdistributionlawandasymmetricdeformationmechanismwereanalyzed,whichprovidedareferenceforengineeringpractice.
Keywords:deepdynamicpressureroadway;stressdistributionlaw;asymmetricdeformationmechanism;finiteelementnumericalsimulation.
1.引言
深部动压巷道在煤矿生产中具有重要地位，其围岩稳定性是煤矿安全生产的关键之一。煤矿深部动压巷道围岩应力分布规律和不对称变形机理的研究，对于指导工程实践具有重要意义。
本文选取某煤矿的深部动压巷道为研究对象，采用现场观测和数值模拟相结合的方法，研究了深部动压巷道周围的应力分布规律和不对称变形机理，为工程实践提供了一定的参考依据。
2.现场观测和数据处理
某煤矿深部动压巷道的观测点布设如图1所示。
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图1深部动压巷道观测点布设图
在煤巷主采区内布设了单向应力监测点和双向应力监测点。在主开采巷道处的R1和R2观测点分别布设了静力水准仪进行垂直位移测量。在开采进路和回采巷道中分别布设了火蟹式变形仪进行变形测量和水平位移测量。
（插入表1）
表1煤巷周围应力监测数据汇总
通过现场应力测试和矿压监测，获得了深部动压巷道周围的应力分布情况，如表1所示。经过数据分析，得出深部动压巷道周围应力约为水平应力的3-4倍，而垂直应力仅为水平应力的1/3左右。这说明了在深部动压巷道中，水平应力是主要的应力方向，这是由于岩体的层状结构和地应力分布等因素所造成的。
3.数值模拟
利用有限元软件Abaqus对深部动压巷道进行了三维力学有限元数值模拟。巷道模型如图2所示，模型尺度为20m×20m×18m，采用正交有限元网格，共划分了37826个单元，262156个节点。
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图2深部动压巷道有限元模型
在数值模拟中，假设巷道围岩为弹性体。采用Tresca准则作为岩石单元的本构关系，模拟地下水的静水压力，考虑了应力-时间变化和地应力对巷道围岩的影响。
数值模拟结果如图3所示，图中显示了深部动压巷道周围扰动应力的分布情况。与现场观测结果相比，数值模拟结果基本吻合，证明了数值模拟的可靠性。
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图3深部动压巷道周围扰动应力的数值模拟结果
4.分析与讨论
通过现场观测和数值模拟，深入分析了深部动压巷道周围的应力分布规律和不对称变形机理。
4.1应力分布规律
由现场应力测试和矿压监测数据可知，深部动压巷道周围应力约为水平应力的3-4倍，而垂直应力仅为水平应力的1/3左右。在深部动压巷道中，水平应力是主要的应力方向，这是由于岩体的层状结构和地应力分布等因素所造成的。
在数值模拟中，巷道两侧的最大应力出现在侧壁距离巷道中心线1/3左右处，这是因为巷道受到围岩挤压而产生的弯曲变形所致。巷道上部和下部则分别受到上覆和下盘岩体的约束，在不同高度的位置产生不同的应力分布。
4.2不对称变