FLAC3D模拟全煤巷道锚喷支护的数值分析

本文主要探讨了在全煤巷道锚喷支护下，如何利用FLAC3D软件进行数值分析，以模拟巷道开挖与支护过程，并研究其对围岩稳定性的影响。作者曹日跃和吴德义是安徽建筑大学土木工程学院的研究者，他们采用摩尔-库伦弹塑性计算模型，通过接触单元模拟巷道围岩与支护结构之间的相互作用。 正文: 在煤炭开采过程中，巷道的开挖与支护是关键环节，它直接影响到煤矿的安全和生产效率。本文针对口孜东矿11-2煤巷，利用FLAC3D这一先进的三维非线性有限差分程序进行数值模拟，以深入理解巷道开挖后围岩的动态响应及支护效果。FLAC3D是地质力学和土木工程领域常用的数值模拟工具，尤其适用于复杂地质条件下的稳定性分析。 文章指出，采用摩尔-库伦弹塑性模型来描述巷道围岩的力学行为。该模型综合考虑了岩石的弹性变形和塑性破坏，能准确反映围岩在应力作用下的破坏特征。在模型中，巷道围岩与支护结构之间设置了接触单元，这种处理方式可以更真实地模拟两者间的相互作用，如摩擦力和剪切力等。 通过对巷道开挖过程的模拟，研究人员得到了开挖段顶板下沉和帮部水平收敛的数据，这些数据对于评估巷道的稳定性至关重要。顶板下沉量反映了顶板岩层的位移情况，过大则可能引发顶板事故；帮部水平收敛则关乎巷道宽度的保持，过大的收敛可能导致巷道变形，影响行人和设备通行。同时，通过分析塑性区的范围，可以预测潜在的岩体破坏区域，为优化支护方案提供依据。 塑性区是指在受载荷作用后，岩石发生永久性变形的区域。在巷道开挖中，塑性区的扩展往往预示着围岩的破坏和稳定性下降。通过FLAC3D的模拟，能够定量分析塑性区的发展，有助于提前采取措施，防止或减轻围岩的破坏。 此外，基于这些数值分析结果，可以为工程设计和施工提供科学指导。例如，调整锚杆长度、密度，或改变喷射混凝土的厚度和类型，以增强支护效果，减少巷道变形。同时，对于类似地质条件的其他矿井，这些研究成果也有较高的参考价值。 总结来说，本文通过FLAC3D数值分析技术，对全煤巷道锚喷支护进行了深入研究，不仅展示了模拟技术在解决实际工程问题中的应用潜力，也为巷道设计和施工提供了重要的理论支持。未来，结合更多现场监测数据，此类数值模拟将更有利于优化支护策略，提升巷道的安全性和经济性。