深部軟巖巷道錨注支護(hù)的數(shù)值模擬研究

摘 要：文章針對(duì)淮南礦業(yè)集團(tuán)謝一礦軌道大巷巖巷返修工程破壞的具體條件，分析了深部軟巖巷道工程巖體的物理力學(xué)特性。運(yùn)用三維有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算軟件（FLAC3D），再現(xiàn)了巷道原支護(hù)破壞過程，研究了深部軟弱圍巖巷道的變形破壞機(jī)理，最終提出了謝一礦深部軟巖巷道穩(wěn)定性控制對(duì)策——“錨注一體化”耦合支護(hù)技術(shù)。工程實(shí)踐證明，該技術(shù)能有效控制謝一礦深部軟巖巷道的破壞，為礦區(qū)進(jìn)入深部開采后的安全生產(chǎn)以及可持續(xù)發(fā)展提供了理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：深部軟巖巷道；軌道大巷；錨注支護(hù)

中圖分類號(hào)：TD117 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）3-0162-01

隨著煤礦開采深度的不斷增加，受“三高一擾動(dòng)”的影響，軟巖問題愈加嚴(yán)重，巷道及硐室支護(hù)的難度和破壞程度不斷增加。巷道大變形如兩幫收縮、底臌、冒頂?shù)攘W(xué)現(xiàn)場(chǎng)越來越強(qiáng)烈。深部軟巖巷道的大變形的有效控制問題成為亟待解決的技術(shù)難題。

1 工程背景

淮南礦業(yè)集團(tuán)謝一礦-800 m水平北翼軌道石門，巖層以泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖為主.巷道斷面形狀為直墻半圓拱，掘進(jìn)的寬度及高度分別為4 800及3 950mm。根據(jù)對(duì)-800 m水平地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果，該區(qū)最大水平主應(yīng)力值23.33 MPa，鉛直應(yīng)力為25.2 MPa，應(yīng)力場(chǎng)以水平應(yīng)力為主。

2 數(shù)值計(jì)算模型及方案

采用FLAC3D計(jì)算程序分析深部巖巷開挖后圍巖應(yīng)力演化特征、變形破壞規(guī)律。根據(jù)地質(zhì)條件，建立長(zhǎng)60 m、高60 m、沿巷道掘進(jìn)方向長(zhǎng)50 m的模型進(jìn)行三維計(jì)算模擬， 共有54 840個(gè)單元，58 682個(gè)節(jié)點(diǎn)，巷道以空單元模擬，其他部分網(wǎng)格成發(fā)散狀布置（圖1）。模型側(cè)面限制水平移動(dòng)，模型底面限制垂直移動(dòng)，模型上部施加垂直載荷模擬上覆巖層的質(zhì)量，為23.1 MPa。模型側(cè)面限制水平移動(dòng)，模型底面限制垂直移動(dòng)，模型上部施加垂直載荷模擬上覆巖層重量。

3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

3.1 圍巖位移場(chǎng)分析

由圖2和圖3知，錨注支護(hù)下的巷道圍巖垂直位移為55.04 mm，而無支護(hù)下的則為58.28 mm，可以看出打入錨桿后支護(hù)效果明顯，頂板位移量減少了約3 mm。

3.2 圍巖塑性區(qū)分析

由圖4和圖5可知，有無錨桿支護(hù)下的行東啊開挖后圍巖塑性區(qū)分布范圍大體相同，但是錨桿支護(hù)下的巷道圍巖發(fā)生剪切破壞的區(qū)域顯然要多于無錨桿支護(hù)下的巷道圍巖。說明錨桿支護(hù)對(duì)巷道圍巖變形起到一定的積極效果。

3.3 圍巖應(yīng)力場(chǎng)分析

由圖6和圖7可知，錨桿支護(hù)下巷道垂直應(yīng)力峰值約為29.3 MPa，比無支護(hù)下的巷道圍巖應(yīng)力峰值31.4要低，說明在錨桿支護(hù)下的巷道圍巖垂直應(yīng)力有所降低。

4 工程實(shí)踐

通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，在施工120天內(nèi)，頂?shù)装遄畲笪灰屏繛?20 mm，如圖8所示，且在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)巷道趨于穩(wěn)定，保證了巷道的正常使用。

5 結(jié) 論

對(duì)于深部軟弱巖層巷道，應(yīng)用錨注一體化耦合技術(shù)可以有效的控制巷道圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，有效的控制巷道圍巖變形。

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