多层软弱夹层对保安矿柱稳定性的影响研究

艾华

摘要：当保安矿柱存在多层软弱夹层时，对巷道的整体稳定性影响极大。为此，采用FLAC-3D模拟软件对采动过程中多层软弱夹层对保安矿柱稳定性的影响进行分析研究。分析结果表明：位于最上方的软弱夹层要大于下方的软弱夹层，靠近巷道两侧保安矿柱的水平方向位移和竖直方向位移各层位位移差有增加的趋势。因此需要对保安矿柱含软弱夹层区域要加大支护强度。

Abstract： When there is a multi-layer weak interlayer in the safety pillar， it has a great influence on the overall stability of the roadway. For this reason， FLAC-3d simulation software was used to analyze and study the influence of multi-layer soft interlayer on the stability of safety pillar during mining. The analysis results show that the weak interlayer at the top is larger than the weak interlayer at the bottom， and the horizontal displacement and vertical displacement of the safety pillars near both sides of the roadway have an increasing trend. Therefore， it is necessary to strengthen the support strength in the weak interlayer area of the security pillar.

关键词：软弱夹层;数值模拟;保安矿柱;稳定性

Key words： weak interlayer;numerical simulation;safety pillar;stability

中图分类号：TD80                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）11-0118-03

0  引言

在我国，地下开采活动中，开采环境大多是沉积岩，容易形成层状的岩体结构[1-3]。而巷道围岩稳定性主要取决于岩体内各种结构面的性质及其对岩体的切割程度。因此巷道围岩的变形破坏受层状围岩结构的控制。大量工程实践表明，当层状围岩存在软弱夹层时，对巷道的整体稳定性影响极大[4-5]。在实际开采掘进过程中，可能会存在多层的软弱夹层，这样对巷道的稳定性影响过程较为复杂。目前国内外的研究人员针对巷道围岩含软弱夹层的支护技术上做了很多的研究[6-7]，但在多层软弱夹层围岩对巷道稳定性的影响上的研究比较局限[8-10]。为此，采用FLAC-3D模拟软件对采动过程中多层软弱夹层对保安矿柱稳定性的影响进行分析研究。

1  数值模型的建立

为了研究开采条件下保安矿柱的变形情况，对矿体进行分步骤开挖，以便于更好分析软弱夹层对地应力场、位移场特征的影响，设计数值计算模型尺寸为设计数值计算模型尺寸为280m×140m×220m，层状岩体倾角为26°。计算模型示意图如图1和图2所示。

模型的计算边界条件为：用 FLAC3D里的FIX 命令将模型 X 和 Y 方向法向位移约束，模型底部为固定边界，顶部为自由边界。

2  参数选取与计算方案

采用莫尔-库伦（Mohr-Coulomb）弹塑性本构模型。计算模型除地表面设为自由边界外，模型底部约束垂直位移，其它边界均约束水平位移。根据现场的工程地质资料情况，为了更好的分析矿体开挖过程中对巷道围岩的变形破坏的影响，现设计如下开挖模拟方案，如表1所示。

3  模拟结果分析

各开挖步骤下巷道围岩软弱夹层的位移图如图3到图6所示。

通过对各方案开挖后，巷道左右两侧保安矿柱中软弱夹层的水平和竖向位移图可以得出以下结论：

①矿房开挖后，巷道左侧保安矿柱中软弱夹层从远端到巷道水平位移先减小后增加，方向发生反转，巷道右侧保安矿柱中软弱夹层从远端到巷道水平位移同样先减小后增加。方向发生先反转再反转。两侧水平位移呈现中心对称的特点。

②矿房开挖后，巷道左侧保安矿柱从远端到巷道竖向位移先减小后增大，方向由竖直向上转为竖直向下。巷道右侧保安矿柱从远端到巷道竖向位移先减小后增大，方向为竖直向下。右侧保安矿柱的位移大于左侧。

③水平方向上层位1（泥质粉砂岩）位移大于层位2（锰矿石）大于层位3（粉砂质泥岩）。竖直方向上巷道左侧层位1位移最大，巷道右侧层位1位移最大。两侧竖向位移呈现中心对称的特点。但右侧的变形波动要大。

④靠近巷道侧保安矿柱水平方向位移和竖直方向位移各层位位移差有增加的趋势。

4  结论

采用FLAC-3D模擬软件对采动过程中多层软弱夹层围岩对保安矿柱稳定性的影响进行分析研究。随着开采的进行巷道围岩的最大主应力持续增加，上覆围岩的压应力主要集中于巷道两侧的保安矿柱上。通过对保安矿柱中软弱夹层变形量进行分析，我们可以得出位于最上方的软弱夹层要大于下方的软弱夹层，靠近巷道侧的水平方向位移和竖直方向位移各层位位移差有增加的趋势。因此需要对巷道两帮保安矿柱含软弱夹层区域要加大支护强度。

参考文献：

[1]任志丹.含软弱夹层边坡的稳定性分析[D].昆明理工大学，2015.

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[5]秦昊，茅献彪，徐金海.软弱顶板煤巷围岩变形破坏特征数值分析[J].采矿与安全工程学报，2006，23（3）：289-292.

[6]许兴亮，张农.富水条件下软岩巷道变形特征与过程控制研究[J].中国矿业大学学报，2007，36（3）：298.

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[8]彦辉.FLAC原理、实例与应用指南[M].北京人民交通出版社，2005.

[9]何满潮，景海河，孙晓明.软岩工程力学[M].北京：科学出版社，2002：13-50.

[10]宋彦琦，李名，刘江，周涛，孙川.含不同倾角天然软弱夹层的大理岩破坏试验[J].中国矿业大学学报，2015，04：623-629.