松軟煤幫巷道支護(hù)方案的比較研究

楊海軍（開(kāi)灤荊各莊礦業(yè)分公司，河北 唐山 063022）

松軟煤幫巷道支護(hù)方案的比較研究

楊海軍
（開(kāi)灤荊各莊礦業(yè)分公司，河北 唐山 063022）

摘 要：由于軟巖具有變形量大，來(lái)壓迅速和長(zhǎng)期流變等復(fù)雜的工程性質(zhì)和特點(diǎn)，因而軟巖巷道的支護(hù)成為了一個(gè)難題。根據(jù)我國(guó)趙莊礦井的具體情況，針對(duì)巷道工程地質(zhì)環(huán)境，巷道煤巖體破壞機(jī)理分析和比較，來(lái)突出松軟煤幫巷道支護(hù)方案，相對(duì)于傳統(tǒng)的支護(hù)方案更具有科學(xué)性和可行性。

關(guān)鍵詞：巷道支護(hù)；機(jī)理分析；松軟煤幫

1 巷道工程地質(zhì)環(huán)境

我國(guó)巷道支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，主要是為了確保礦井的安全性、有效性、快捷性，以此實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)的高效率。當(dāng)前煤礦巷道支護(hù)的主要形式為錨桿支護(hù)。而針對(duì)松軟煤幫巷道，給支護(hù)技術(shù)提出了更多更高的要求，而如果繼續(xù)采用錨桿支護(hù)技術(shù)，將不利于這一類型巷道的支護(hù)效果，造成圍巖變形擴(kuò)大，嚴(yán)重?fù)p壞支護(hù)構(gòu)件，影響巷道安全。

2 巷道煤巖體破壞機(jī)理分析

2.1 巷道無(wú)支護(hù)條件下破壞機(jī)理分析

對(duì)破壞機(jī)理的研究分析，需要著手應(yīng)力的分析，依據(jù)應(yīng)力狀態(tài)下的極力平衡分析可以得出如下結(jié)論，無(wú)支護(hù)的狀態(tài)下，兩幫的極限應(yīng)力分為垂應(yīng)力和水平應(yīng)力，狀態(tài)極其不穩(wěn)定，隨著應(yīng)力的變化，垂應(yīng)力達(dá)到一定極限狀態(tài)時(shí)，巷道兩幫發(fā)生收縮破壞，使巷幫對(duì)底板的支撐能力減弱，導(dǎo)致?lián)隙仍黾?，進(jìn)而發(fā)生頂，底板斷裂的現(xiàn)象，此時(shí)煤體的抗壓強(qiáng)度則為零，導(dǎo)致垂應(yīng)力和水平應(yīng)力均為零應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生，從而使深度煤體失去約束，導(dǎo)致巷道圍巖的連鎖式反應(yīng)，發(fā)生失穩(wěn)的現(xiàn)象。

2.2 支護(hù)作用力分析

將法向支護(hù)作用用字母P表示，這兩幫處于強(qiáng)度極限時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)時(shí)刻處于變化中，無(wú)支護(hù)時(shí)候的狀態(tài)相對(duì)比，支護(hù)力是法向力提升了，因而導(dǎo)致了切向極限應(yīng)力提升了?？梢?jiàn)，兩幫所能承受的的支承壓力的強(qiáng)弱和支護(hù)力息息相關(guān)。在支護(hù)力P的作用下，當(dāng)兩幫發(fā)生強(qiáng)度破壞，也就是當(dāng)粘聚力的數(shù)值變?yōu)?時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)。由此可知，即便兩幫的單軸抗壓強(qiáng)度的數(shù)值為0，巷道進(jìn)入松動(dòng)變形的狀態(tài)下，通常情況中，在支護(hù)力的作用下，巷道仍然可以有一定的負(fù)荷承載能力，而且承載能力的強(qiáng)弱和支護(hù)力的大小以及兩幫的表面距離成正比例關(guān)系。

3 不同方案的支護(hù)分析

3.1 模型建立

為了比較不同方案的支護(hù)效果，有效的了解巷道變形的破壞狀況，本文將采用建立數(shù)值模型，利用數(shù)字模擬的辦法，進(jìn)行直觀的對(duì)照和比較。模型的建立以實(shí)際情況為基準(zhǔn)，并且進(jìn)行抽象簡(jiǎn)化的布局，應(yīng)用摩爾-庫(kù)倫的準(zhǔn)則，統(tǒng)一采用界面單元來(lái)模擬巖層層面，采用錨桿單元來(lái)模擬錨桿。模型的模擬范圍設(shè)定為長(zhǎng)120m×40.5m，一共將會(huì)劃分出4998個(gè)單元，模型頂面施加的勻布載荷為標(biāo)準(zhǔn)的P＝12.5MPa，用來(lái)代替上面覆蓋的厚500m的土層壓力。應(yīng)用應(yīng)力邊界條件，在模型表面均勻的施加垂直壓應(yīng)力，隨著深度的變化，兩邊則施加與之同步的水平壓應(yīng)力，下表面的垂直位移固定。相應(yīng)的數(shù)值模型詳見(jiàn)數(shù)值模擬圖，如圖1所示。

3.2 模擬方案

為了對(duì)巷道不同支護(hù)方案的研究和分析，下面分別建立了4種類型的支護(hù)方案，其中：

模型一：無(wú)支護(hù)；

模型二：錨桿支護(hù)，頂板位置設(shè)6根錨桿，Φ22mm×2000mm，間距為1m，在兩側(cè)分別布置5根錨桿，幫錨桿與上方的頂錨桿間距，規(guī)格相同；

模型三：錨桿支護(hù)，頂板位置設(shè)6根錨桿，Φ22mm×2000mm，間距為1m，頂板位置設(shè)2根錨索，Φ15.24mm×7000mm，間距為2.4m，兩側(cè)分別布置5根錨桿和2根錨索，幫錨桿的上方頂錨桿的間距，規(guī)格相同；

模型四：錨桿支護(hù)，頂板位置設(shè)8根錨桿，Φ22mm×2000mm，間距為1m，頂板位置設(shè)2根錨索，Φ15.24mm×7000mm，間距為2.4m，兩側(cè)分別布置6根錨桿和2根錨索，幫錨桿的上方頂錨桿的間距，規(guī)格相同。

四種方案模型不同，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行總體分析。

3.3 模擬結(jié)果分析

在巷道無(wú)支護(hù)的的狀態(tài)下，隨著巷道掘進(jìn)的深入，巖層的原巖應(yīng)力，發(fā)生了一定的變化，明顯的重新分布。巷道的頂板也發(fā)生了一定程度上的變形和損壞，產(chǎn)生了嚴(yán)重的離層現(xiàn)象。而與之相比，模型三和模型四在頂板位移量和兩幫位移量方面分別減少了75%和90%，但是比較模型三和模型四我們也可以很明顯的看出，增加錨桿的數(shù)量，并不能很好的減少巷道的變形，但比較兩個(gè)模型，模型三更為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用。

結(jié)語(yǔ)

（1）松軟煤幫巷道支護(hù)有一定的困難，在實(shí)際操作中應(yīng)采取錨索聯(lián)合支護(hù)的方案，才能有效的防止巷道變形；

（2）根據(jù)上文的數(shù)值比較分析，模型三的方案更能有效的防止巷道變形；

（3）從現(xiàn)場(chǎng)礦壓的檢測(cè)結(jié)果可以看出，采用上述方案中的模型三的設(shè)計(jì)支護(hù)方式，頂板的位移量為57mm，其中在靠近工作一側(cè)的位移量的最大數(shù)值則為127mm靠近實(shí)體煤一側(cè)位移量的最大數(shù)值則高達(dá)106，相當(dāng)接近模擬數(shù)值結(jié)果，從另一個(gè)角度范陽(yáng)了數(shù)值模型是比較合理可行的，其結(jié)果也是比較可信的。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TD353

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