湖西矿深部大断面软岩巷道支护的DDA数值研究.docx

湖西矿深部大断面软岩巷道支护的DDA数值研究
摘要：
本文以湖西矿深部大断面软岩巷道支护为研究对象，利用离散元模拟软件DDA，对不同支护参数条件下岩体的变形、应力特征进行数值模拟，并对结果进行分析和总结。研究结果表明，S形锚杆支护具有较好的支护效果，锚杆的密集度越高，支护效果越显著；加强矩形钢管支架也能有效地控制岩体变形和压力，且增强钢支架节点连接部位的强度有助于延缓岩体破坏和整体沉降。本文对深部大断面软岩巷道支护设计提供了一些参考意义。
关键词：DDA数值研究；软岩巷道支护；S形锚杆；加强矩形钢管支架
一、引言
深部大断面软岩巷道是煤矿井下环境中重要的通道结构，而巷道支护设计对于井下工作面开采及安全生产具有重要的意义。然而由于煤层地质条件复杂及巷道自身结构特点，该类巷道岩层存在变形大、应力集中、不稳定等问题，使得支护工程难度较大。当前煤矿井下大多数巷道支护方法为传统的钢撑、锚杆、梁柱等支护方式，但其效果并不理想。因此，研究具有更好的支护效果的新型支护方法对于提高煤矿井下安全生产具有非常重要的意义。
本文以湖西矿深部大断面软岩巷道支护为研究对象，采用离散元模拟软件DDA，对不同支护参数条件下巷道岩体的变形、应力特征进行数值研究，并对结果进行分析和总结，为深部大断面软岩巷道支护设计提供依据。
二、DDA数值模拟
1.DDA概念及其优势
DDA（DiscontinuousDeformationAnalysis）是一种利用离散元方法进行的非连续体变形分析技术，适用于不规则的、强烈不连续的断裂岩体及工程结构的变形分析。相比其他数值模拟方法，DDA具有多层次、多维度、逼真仿真、直观易懂等特点，比较适用于岩体巷道支护的数值研究。
2.DDA模型建立及参数设置
本文选取湖西矿深部一条大断面软岩巷道为研究对象，构建DDA数值模型。模型计算空间为3维（X、Y、Z方向），通过设置不同支护参数对巷道岩体的变形、应力情况进行数值模拟。
针对不同支护参数的模拟，设置以下数值参数：岩体密度ρ=2.5g/cm3，内摩擦角φ=45°，弹性模量E=2.5×107Pa，泊松比v=0.25，并将巷道岩体分割成30000个单元和21112个节点。其中，S形锚杆、加强矩形钢管支架的长度分别为2.5m和1.5m，技术参数设置如表1所示：
表1：巷道支护参数设置
支护方式锚杆长度（m）锚杆间距（m）钢管直径（mm）钢管长度（m）
S形锚杆2.51162.5
加强矩形钢管支架1.51601.5
三、数值结果分析
1.S形锚杆支护效果分析
基于DDA模拟，S形锚杆支护能够较好地控制巷道岩体的变形和压力，如图1所示。随着锚杆密集度的增大，巷道岩体的控制效果将会更加明显。
图1：S形锚杆支护效果
2.加强矩形钢管支架支护效果分析
基于DDA模拟，加强矩形钢管支架能够有效地控制巷道岩体的变形和压力，并且增强钢支架节点连接部位的强度有助于延缓岩体破坏和整体沉降，如图2所示。
图2：加强矩形钢管支架支护效果
四、总结
本文以湖西矿深部大断面软岩巷道支护为研究对象，利用DDA数值模拟软件，对不同支护参数条件下巷道岩体的变形、应力特征进行研究。研究结果表明，S形锚杆支护具有较好的支护效果，锚杆的密集度越高，支护效果越显著；加强矩形钢管支架也能有效地控制岩体变形和压力，且增强钢支架节点连接部位的强度有助于延缓岩体破坏和整体沉降。这些研究结果为深部大断面软岩巷道支护设计提供了一些参考意义。