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我国大部分煤矿已进入深部开采,与浅部开采相比,深井巷道处在高地应力、高地温和高渗透压力的共同作用下,围岩控制难度增加。研究深井巷道围岩控制必须考虑多因素的综合作用。因此,开展深井巷道应力场、应变场和温度场的耦合作用研究是非常必要的。
根据岩体的全应力-应变曲线,应用库仑-莫尔准则,据此得到耦合作用下巷道围岩体应力、应变和位移分布的理论解。然后根据具体的地质条件,计算其中的两种情况。结果表明:耦合情况下,巷道围岩体的塑性带和破碎带厚度随变温带的增大而增大。
相似材料模拟试验结果表明,试块的塑性带厚度随压力的增大而增大,随风速的增加而增加,随试块强度的增大而减小,随温差的增加而增加。
根据正交有限元的方法,采用有限元软件ANSYS,模拟原岩体温度、巷道围岩体、原岩应力、巷道半径、变温带作用半径五种因素情况下围岩的塑性带厚度;回归出耦合情况下巷道的塑性带半径的计算公式。分析结果表明,除了常规措施外,隔绝巷道围岩体与巷内空气的热传递,减小变温带半径是减小塑性带的厚度的有效途径。