在深入探讨巷道稳定性问题时,埋藏深度成为一个关键因素。本文基于对已有的深部开采相关研究和实践的总结分析,关注埋藏深度对原岩应力、岩石的强度和变形性质的影响,并采用数值模拟技术,探讨了不同岩性条件下的直墙拱形巷道稳定性问题。
随着矿井开采深度的不断增加,巷道稳定性问题也逐渐凸显。这些稳定性问题主要包括冒顶、低鼓、围岩大变形、流变和岩爆等,对深部资源的安全高效开采构成了挑战。研究深部巷道的稳定性对于合理规划和设计矿井的开采计划至关重要。
原岩应力是巷道稳定性研究的基础。原岩应力由垂直应力和水平应力组成。垂直应力随深度增加而呈线性增大,但水平应力的变化则相对复杂,其值约为垂直应力的1.5至5倍,当埋深超过1000米时,水平应力与垂直应力的比值下降至0.5至2倍。这种应力状态的变化对巷道稳定性有着直接的影响。
岩石强度会随着埋藏深度的增加而提升。这是由于岩石在长期高压状态下,其致密度会增加,岩石的强度与密度具有良好的相关性。相关的统计数据和实验研究表明,在一定的深度范围内,岩石强度随着埋深的增加而逐渐增大。
岩石的变形性质方面,主要讨论了脆性—延性转化和深部岩石的流变特性。脆性—延性转化指的是在不同围压条件下,岩石表现出不同的变形行为。低围压下的脆性岩石在高围压下可能转变为延性。实验数据表明,随着围压的增加,岩石的应变值增大,永久应变值的大小可作为脆性到延性转化的判定标准。深部岩石的流变特性表现为岩石具有明显的时间效应,特别是在深部高应力环境下,硬岩也可能产生流变或蠕变行为,而软岩巷道则表现为明显的流变特性。
通过数值模拟分析,发现随着埋深的增加,泥岩、砂岩和花岗岩直墙拱形巷道的变形都会增加,其中顶底板的位移变形大于两帮。同时,岩性越好,围岩变形越小,这对于围岩控制和支护设计具有重要意义。
关键词“埋深”、“巷道稳定”、“数值模拟”强调了本文的核心议题。巷道稳定性受多种因素影响,包括埋深、原岩应力、岩石强度和变形性质,而数值模拟提供了一种强有力的工具来预测和分析这些因素对巷道稳定性的影响。
随着开采深度的增加,巷道稳定性受到的影响越来越大,研究埋藏深度对原岩应力、岩石强度和变形性质的影响,并通过数值模拟进行预测,对于科学制定深部开采计划、采取有效的巷道维护措施具有重要的现实意义。相关科研机构、矿业企业应充分重视对深部开采条件下巷道稳定性问题的研究,以确保深部资源的安全高效开采。