深部碎裂岩体巷道变形破坏机制与支护效应连续−非连续分析
作者：
张世瑞, 江权, 邱士利, 周小平, 寇永渊, 刘建坡
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摘要
金川二矿深部碎裂岩体具有“岩块强度高, 岩体强度低”的显著特点, 巷道围岩具有显著的大变形特征, 导致喷锚网或衬砌等支护结构破坏频繁, 严重威胁采矿生产安全。以该矿深部巷道现场工程为背景, 首先, 通过现场调查和实测确定该矿深部巷道围岩具有典型层状、碎裂状和复合结构特征, 冒落和底臌为典型的破坏形式; 其次, 结合室内试验和现场监测数据, 基于连续−非连续数值模拟分析方法(FDEM)提出一种可破Voronoi块体模型和离散裂隙网络模型模拟巷道开挖过程, 捕获围岩损伤破裂特征; 最后, 结合实体单元和锚杆单元模拟支护结构响应, 探讨深部碎裂岩体变形破坏机制和支护效应。研究结果表明, 结构面间距和倾角显著影响应力释放区的位置和压力拱的形成, 导致围岩变形各向异性和破裂非均匀性; 锚杆、混凝土喷层+锚杆及U型钢拱架+锚杆3种支护结构对于限制围岩变形具有显著差异性, 加入锚杆和衬砌能有效抑制冒落区, 限制顶拱位移, 但不能有效抑制底板隆起; 超前注浆、加长锚杆和钢拱架是控制深部碎裂岩体巷道大变形的重要措施。研究结果可为深部碎裂岩体巷道变形控制与支护设计提供理论参考。
图片
图 1 钻孔岩芯样品
图 2 支护巷道破坏模式
图 3 610 m水平破碎站断面破坏区位置
图 4 岩体结构面及岩块强度特征
图 5 不同埋深围岩裂隙演化情况
图 6 FDEM原理示意
图 7 模型模拟断裂机制差异性对比
图 8 模型设置
图 9 不同岩体结构对巷道围岩损伤区的影响
图 10 锚杆单元力学行为模型
图 11 锚杆拉拔试验
图 12 锚杆单一支护方式下巷道变形破坏特征
图 13 “混凝土喷层+锚杆”联合支护方式下巷道变形破坏特征
图 14 “U型钢拱架+锚杆”联合支护方式下巷道变形破坏特征
图 15 不同支护条件下现场围岩破坏特征
图 16 不同支护条件下模拟的围岩变形破坏特征
图 17 不同支护条件下现场围岩变形特征
作者简介
第一作者简介：
张世瑞(1996—)，湖北襄阳人，中国科学院武汉岩土力学研究所在读博士研究生。主要涉及深部硬岩宏细观破裂过程数值表征方法及锚杆支护方面的研究，参与国家重点研发计划项目、国家自然科学基金面上项目等课题，以第一作者在International Journal of Mining Science and Technology、Rock Mechanics and Rock Engineering、Computers and Geotechnics、《采矿与岩层控制工程学报》、《岩石力学与工程学报》等期刊发表SCI/EI论文十余篇，授权发明专利多项。
本文引用格式
张世瑞, 江权, 邱士利, 等. 深部碎裂岩体巷道变形破坏机制与支护效应连续−非连续分析[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2025, 7(1): 013020. DOI: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.yszt-1030
ZHANG Shirui, JIANG Quan, QIU Shili, et al. Continuous-discontinuous analysis of deformation failure mechanism and supporting effect of roadway in deep fractured rock mass[J]. Journal of Mining and Strata Control Engineering, 2025, 7(1): 013020. DOI: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.yszt-1030
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