热力耦合作用下深井巷道围岩变形规律研究

摘要

深部岩体处于高地应力、高地温、高岩溶水压和强烈采掘扰动的复杂环境，其非线性大变形动力现象极为突出，导致深部资源开采中重大灾害事故增多，使得深井巷道经常需要返修和重新支护。因此有必要对深井巷道热力耦合作用下围岩的变形特征及围岩长期变形规律进行深入研究。
　　 本文采用有限元程序ANSYS计算了不同通风工况下围岩的温度场分布，对深井巷道开挖后围岩的应力和变形进行热力耦合数值模拟，并结合现场实测结果，计算了围岩变形的时间效应，数值计算结果与实测值吻合程度较好。
　　 计算结果表明考虑热力耦合作用计算的巷道围岩应力比不考虑耦合作用时要增大约4MPa，巷道围岩变形量增大约26％左右，最大应力差值位于径向深度约为1.5m处。热力耦合对围岩应力和位移的影响在径向深度为0～7.6m的范围内影响较为显著；径向深度在7.6m～14m范围内，影响很小；径向深度大于14m，则可视为无影响。
　　 实测结果表明，深井巷道围岩长期变形在开挖30天左右的时间内，变形速率较快，变形特征对应于岩石蠕变曲线中的初始蠕变阶段；巷道开挖30天后，变形速率开始逐渐变小，围岩变形特征对应于稳定蠕变阶段。同时根据围岩变形实测结果，对深井巷道围岩进行动态加固，确保了深井巷道工程的施工和运营安全。