2014年第8期（总第107期）技术研究
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ENERGYANDENERGYCONSERVATION
浅埋深大断面巷道围岩支护应力有限元分析
张军军1.2
2014年8月
（1.山西煤炭运销集团晋城有限公司，山西晋城048026；2.山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司，山西大原030006）摘要：以浅埋深大断面IV级破碎图岩巷道作为研完对象，采用有限元数值法对初始应力状态和握进成巷支护状态下的巷道图岩重分布应力进行了分析，结果表明：在初始应力状态下，卷道图君应力呈均匀带状分布，无应力集中现象；在掘进成巷支护状态下，巷通围岩应力集中现象旋解，集中面扩散，支护后处于松动区的围岩变得稳定，望性区应力减小为弹性区应力。
关键词：浅埋深；大断面；卷道；应力；有限元
中图分类号：TD322
文献标识码：A
文章编号：20950802(2014)08018102
FiniteElement Analysis on the Supporting Stress of theTunnel SurroundingRockwith Shallow
BuriedDepthandLargeSection
ZHANG Jun-jun'2
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Technological Research Co., Ltd.of Shanxi Coal Transportation and Sales Group,Taiyuan 03ooo6,Shanxi,China) Abstract: The IV shallow buried depth and large section tunnel was studied by ANSYS. The stress distribution nephogram of the tunnel surounding under the initial stress and supporting stress was analyzed. The result is that: under the initial stress, the tunnel surrounding stress is a uniform zonal distribution and has not the phenomenon of stress concentration; under the supporting stress, the phenomenon of stress conceniration is relieved. The concentrated diffused. The surrounding in the loosened zone is stable and the plastic stress decreases as the elastic stress.
Key words: shallow buried depth; large section; tunnel; stress; finite element
0引言
对于矿井巷道的力学行为研究方法主要为工程类比法1,2]、理论计算法13.4]、数值模拟法5和实验室实验法等。工程类比法是主要的研究方法，但其在精度方面并不能很好地满足实际工程的需要。理论计算法对巷道用岩进行简化，通过方程式和实验室实验，求解处理巷道围岩的本构关系，对实际工程问题的解决亦有一定局限性。数值计算法可很好地分析地下工程中所关心的巷道围岩位移和应力等力学行为的变化，为矿井巷道的优化设计和施工提供科学依据。
模拟研究 1
1.1
研究对象
巷道直接顶为页岩，老顶为中砂岩，围岩比较破
碎。巷道埋深约为80m，断面为直墙拱形，净宽为收稿日期：2014-04-28
作者简介：张军军，1969年生，男，山西阳城人，1995年毕业于大同煤校采煤专业，工程师。
13.00m，净高为5.0m。水文地质条件简单，主要为岩层孔裂隙水。巷道围岩分类为IV级，支护方式为锚网喷，料石砌喧。表1为巷道围岩及锚杆的物理力学参数。
表1
密度
名称图岩
kg/m 2 200
锚杆
7960
模拟巷道和锚杆的物理力学参数
弹性抗力系教K MPa/m 00F
建立模型 1.2
弹性模量E GPa 3.6 170
酒松此V
0.32 0.3
内摩接角@ o 37
凝聚力 c MPa 0.6
巷道掘进成巷后，围岩应力重分布范围为巷道断面的3倍~5倍，本文模拟的巷道围岩范围两帮为80m，顶底板高度为60m。顶板边界和两帮边界为应力边界，底板边界约束处置水平方向位移。巷道模型两帮边界施加X方向约束，模型底板边界施加Y方向约束，顶板为自由边界。
在建模过程中，巷道掘进采用维4节点等参单元(PLANE42），锚网喷采用平面杆单元（LINK1），料石
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