地下采矿区稳定性及孔网布置方式.doc

地下采矿区稳定性及孔网布置方式稳定性研究：研究方法：在地质条件及采取合理的力学（弹塑性力学，粘弹性力学）本构模型的条件下，对地下硐室结构稳定性进行分析。由于油页岩层厚度最大为十米，则就此选定地下硐室高度为十米，那么在硐室高度小于十米时结构即自动满足稳定性条件。方案 1：Flac 3D数值模拟及力学稳定分析：第一，确定单个矩形硐尺寸：建立模型：由于其对称性，取其四分之一进行研究。1，划分区域网格，基本形状网格采用：块体外围渐变放射网格（cylinder）对其分别命名：区域0；区域1；区域2；区域3.区域6；由于油页岩层最大深度为10m，故取单个矩形洞室高度为10m。由于两孔间距最大为300m，故取单个矩形洞室长度为300m。对区域0赋予空模型，对其它区域赋予库伦-莫尔模型。并对高度为10m的矩形洞室采取分层开挖的形式（取1m为一个步长，如区域0-1高度为1m，长度取值范围：xl300）。2，初始地应力场的生成：由于深埋工程地质构造应力起主要决定作用，故初始地应力场可由FLAC 3D中S-B法生成，所需数据为：地下500m处地质构造应力的大小及梯度；地下水所处的位置；从地面至地下500m深处各个地层土（岩石）的各项力学指标（黏聚力，内摩擦角，弹性模量，剪切模量，体积模量等）。3，对区域0进行分层激活：首先激活1m高度油页岩层，并对其内部赋予高压水压力（压力大小待定）。因为开采区四周由冷冻墙隔离，按整体性考虑，忽略注入水的渗流问题，故在初始地应力场已生成的情况下，对区域0-1注入高压水。初始设置洞室l=300m，宽度a=2m，创建双循环函数，以水利开采精度为步长，监测各个控制点（角点，中心点）力学数据（应力，应变，位移等），的大小，根据岩体力学破坏准则求解极限状态，对区域0-1控制点力学数据进行控制，进而控制1m高矩形硐室长度l及所对应的宽度a的允许范围。然后依次激活1m高度，依照上步进行分析。得到10组矩形硐室长度l及所对应宽度a的取值范围。在10组数据集合中取其交集即为满足矩形硐室稳定性要求的容许范围U，绘制函数A=l*a曲线，进而选取Amax所对应的l，a为矩形硐室最宜尺寸。第二，确定两个硐室之间的支撑岩体的宽度b。由于a的数值已经确定，所以可以直接用力学上稳定性分析的方法初步计算支撑岩体的宽度b。还要综合考虑施工工艺的限制，如果施工时所要求的最小宽度大于上述计算值，则宽度b应取施工时所要求的最小宽度。方案 2：采用结构稳定性方法：首先，确定单硐宽度a。由于上部岩层是稳定的，那么可假定上部岩层是矩形硐室的顶板（单向板），方法同方案 1，进而进行用迭代求值法进行抗弯稳定性计算，得到矩形硐室宽度a及长度。然后，确定两个硐室之间的“承重墙”的宽度b。由岩体力学可知其围岩压力，那么在计算承重墙宽度的时候，取硐室长向的单位长度，把承重墙划分为若干区间，简化成两端为固定端的“梁”，并且“梁”的长度：10米已知，宽度1米已知，只需确定“梁”高即可。通过结构力学算出此“梁”的受力条件，进行抗弯，抗压，抗剪强度计算，得到抗弯容许宽度b1；抗压容许宽度b2，抗剪容许宽度b3，继而选取最大容许宽度b=max（b1，b2，b3）。即为承重墙的宽度。开采硐室横断面图开采硐室纵断面图孔网布置方式：根据油页岩性质确定孔网布置方式如下图：实验方法：由于大体积油页岩试块不易获得，则根据模拟实验中材料相似性来寻找油页岩试块的替代品。初选细砂（中砂）掺入稀释沥青代替油页岩试块。可根据油页岩的力学性质来调配沥青浓度计砂的级配。上覆及下伏岩层可由混凝土或钢筋混凝土来替代。对地质构造力的模拟可参考：岩体结构面大型剪切试验中的平推试验法。对实验材料