深井马头门围岩稳定性三维数值模拟研究

【摘要】： 马头门是矿井的咽喉部位,目前马头门的修复工程多是根据现有支护理论和工程经验进行的。本文根据赵固一矿风井马头门的实际地质状况,运用ANSYS、FLAC3D等有限元模拟软件对马头门部位进行三维数值模拟。采用岩体地质力学分级方法计算岩体的RMR值,据此计算岩体强度参数的减小因子RF,最后得出相应的准岩体强度参数。模拟不同井筒直径、马头门高度、埋藏深度和侧压系数四种条件的马头门,分析不同条件下马头门部位围岩应力分布、巷道及井筒表面位移和马头门巷道塑性区的变化规律。本文认为在井筒直径增大使应力向围岩深部转移,巷道顶板塑性区随之增大,两帮、底板塑性区的范围在直径增大后没有明显的增大;马头门高度增大使沿巷道轴向距巷道中心5 m处的应力分布受到较大影响,顶板下沉量在距井筒10 m以外随高度变化明显,高度变化对塑性区影响不大;埋深(σ值)的变化对应力的影响在巷道轴向5 m之内,在此范围之外应力基本不受影响,当σ9.94 MPa时,井筒z方向位移增长较快,顶板位移分别在z=7 m、15 m处突然增大,底板位移在z=15 m处突然增大。侧压系数的影响,λ值偏离1越远,底板下沉值越大,顶板下沉曲线在z=7 m、15 m处突然增大。井筒轴向位移值与λ值成反比,径向位移值与λ值成正比,λ1时,马头门巷道塑性区向巷道两帮延伸范围较大,λ≤0.4时,塑性区呈“蝴蝶”状在巷道顶底角沿450方向延伸至巷道周边20 m的范围,当λ1时,井筒的塑性区范围扩大至模型边界。对赵固一矿风井马头门的实际支护状况进行模拟,与无支护时进行对比分析。运用岩石力学、岩层控制理论对马头门部位围岩应力、位移、塑性区的分布规律进行补充和解释。