摘要：随着矿业开发力度的进一步加大，矿井的开采深度不断地加深，这一加深将伴随着围岩的自身重力、温度、水压、地下水等相应的增大，岩石的力学性能发生了显著的变化，岩石出现了软化等现象。该文采用ADINA非线性有限元分析模块对深井围岩应力进行了仿真数值模拟分析计算，评价围岩的稳定性，保证矿井的安全。

　　关键词：矿井；围岩应力计算；分布

　　中图分类号：TD26 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）0014（C）-0209-02

　　引言：采矿工程设计是以地下各种荷载为依据的，地下开采荷载主要包括井巷垂直匀布压力及水平匀布压力，然而，荷载计算的准确性及计算模型选择的合理性都是决定计算效果优劣的关键。

　　一、ADINA计算原理

　　把连续弹性体离散化为有限个单元的组合体，根据一系列力学原理，建立节点位移｛de｝与节点力｛Re｝之间的关系，即〔k〕｛de｝=｛Re｝，然后求解｛de｝。

　　二、计算举例

　　（一）几何模型

　　某矿区巷道某区段断面，断面宽为19.3m，几何模型如下图1所示，四周边界到围岩边界的距离（计算范围）取为3倍的洞宽，即19.3m×3=57.9m，。如下图阴影部分即为其计算范围。

　　1、假设几何点，直角坐标点11个，分别为1（0，0）、2（135.1，0）、3（135.1，200.01）、4（0，200.01）、5（57.9，57.9）、6（77.2，57.9）、7（77.2，137.51）、8（67.55，142.11）、9（57.9，137.51）、10（67.55，129.68）、11（67.55，200.01）。

　　2、建立模型几何线（把几何点7、8和9连成圆弧曲线）和建立几何面，有5个几何面。

　　图1矿井围岩计算几何模型

　　图2力学模型结构及其网格图

　　（二）本构关系

　　对此矿井围岩稳定性计算，是在开挖之后支护之前进行的，及保证矿井生产的安全。由于矿区大部分岩体属于Ⅱ、Ⅲ类围岩，岩体质量较好，认为开挖后围岩变形还处于弹性阶段，另外矿井的长度比断面尺寸大得多，可以考虑为平面应变问题。

　　材料特性：弹性模量E=1.5×1010Pa，泊松比ν＝0.25，密度ρ=2720kg/m3。

　　施加荷载：对整个模型面施加重力荷载G=10N/?。

　　（三）边界条件

　　如图2，对L14和L7两边（左右两边界）施加Y方向的约束，而对L3（底边）施加Y、Z两方向的约束。其中，L12、L10、L5、L9、L15和L1、L2组成弧形拱都是自由边界。

　　（四）划分网格

　　采用渐变网格形式，在P1―P4和P11处取网格密度大小为20，在P5―P10处取网格密度大小为4。总共397个单元，1642个节点。

　　（五）计算结果显示及分析

　　1、应力分布云图

　　用ADINA软件进行计算处理。从图3σyy应力分布云图可以看出，上边界应力最小，且在上边界的两角点周围应力呈拉应力分布，其值为0.6MPa左右。下边界的应力次之，在矿井底座附近应力最大，特别的一处是顶拱上有一小部分的拉应力存在，稍向上就呈压应力。其中最大拉应力和最大压应力都出现在矿井底座附近，其值分别为1.17MPa、-7.19MPa。

　　图3σyy、σZZ应力分布云图

　　再从图3σzz应力分布云图可以看出，上边界的应力最小，其值接近0，下边界的应力次之，在矿井底座附近应力最大，并且向下呈规律性变化，而在顶拱上呈压应力分布。也可看出，在该矿井侧壁上分布的是压应力，其中最大拉应力和最大压应力都出现在矿井底座右角点（P6）附近，其值分别为1.17MPa、-12.76MPa。

　　三、结论

　　（一）从以上应力分布云图中可以看出，它们都没有超出标准值，即围岩都是稳定的。因为在对矿井开挖及其生产可能对围岩影响，所以还要及时进行支护，保证矿井的安全。

　　（二）在同一深度，矿井的巷道顶部、底部及底角处常常出现应力集中现象，可能会引起比较大的变形。

　　（三）在屈服岩体部位，在工程力作用下具有很大的变形能，并发生和时间相关的大变形。开挖后采取应力释放，再进行支护，防止大变形的压力破坏。

　　作者单位：淮南矿业集团谢桥煤矿安监处