松散破碎圍巖巷道支護(hù)技術(shù)模擬研究

任紅偉

松散破碎圍巖巷道支護(hù)技術(shù)模擬研究

任紅偉

(長(zhǎng)冶三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治市 046600)

常村煤礦N3-6皮帶巷過(guò)斷層時(shí)，巷道應(yīng)力集中，且存在強(qiáng)拉應(yīng)力作用于頂?shù)装?，造成巷道頂板冒落與底板底臌。為此，提出巷道錨網(wǎng)+棚支護(hù)過(guò)斷層的支護(hù)方案。經(jīng)數(shù)值模擬及巷道圍巖位移監(jiān)測(cè)，表明該支護(hù)方法可有效控制巷道收斂變形，減少巷道表面位移，對(duì)松散破碎圍巖具有較好的支護(hù)效果。

松散破碎圍巖;巷道支護(hù);錨網(wǎng)+棚支護(hù)

1 工程概況

常村煤礦N3-6皮帶巷揭露斷層后圍巖破碎，巖層自穩(wěn)時(shí)間短，巷道變形嚴(yán)重，兩幫移近量為300～400 mm，頂?shù)装逡平繛?00～700 mm，底臌較為嚴(yán)重[1]。巷道支護(hù)效果不佳，常有巖塊掉落，導(dǎo)致巷道超挖，支護(hù)效果減弱，對(duì)礦井安全帶來(lái) 隱患。

2 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

針對(duì)巷道圍巖情況，提出了鋼網(wǎng)+棚支護(hù)的方法。巷道采用Φ22×2400 mm左旋式無(wú)縱筋螺紋鋼強(qiáng)力錨桿進(jìn)行支護(hù)，巷道頂板布置6根，間距為900 mm；巷道兩幫處布置4根，間排距為1000 mm×1000 mm。采用Φ22×7300 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線作為錨索材料，每根錨索需要1×19股鋼絞線。每排鉆孔布置兩根錨索，間排距為2000 mm×2000 mm。金屬網(wǎng)選用8#鉛絲鉸接而成，網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)選取30 mm×30 mm的菱形結(jié)構(gòu)。對(duì)巷道采用12#工字鋼棚進(jìn)行輔助支護(hù)，詳情見(jiàn)圖1。

圖1 巷道錨桿（索）支護(hù)示意圖（單位：mm）

3 數(shù)值模擬分析

3.1 建立模型

常村煤礦N3-6皮帶巷為5200 mm×3400 mm的矩形斷面，巷道兩側(cè)分別為寬35 m的保護(hù)煤柱與實(shí)體煤。建立模型時(shí)，斷層破碎帶厚度取值為6 m，模型總大小為70 m×70 m×60 m，模型四周與底部固定，頂部自由，如圖2所示。

圖2 數(shù)值模擬模型圖

3.2 數(shù)值模擬結(jié)果

圖3、圖4為巷道有無(wú)支護(hù)時(shí)圍巖的塑性區(qū)分布圖。

對(duì)比圖3、圖4可知，巷道支護(hù)后塑性區(qū)域有一定程度的減小，受拉應(yīng)力的區(qū)域也明顯減少；根據(jù)斷層中巷道圍巖變形量可知，在此支護(hù)條件下，塑性區(qū)范圍最小值可以達(dá)到2.5 m。

圖3 巷道無(wú)支護(hù)時(shí)圍巖塑性區(qū)分布圖

圖4 巷道錨網(wǎng)+棚支護(hù)時(shí)圍巖塑性區(qū)分布圖

圖5為支護(hù)條件下的巷道變形規(guī)律曲線圖，由圖5可知，頂?shù)装宓淖畲笠平繛?15 mm，兩幫的最大移近量為304 mm。巷道圍巖的變形程度較為緩慢，且頂板變形具有不對(duì)稱性。說(shuō)明該設(shè)計(jì)方案對(duì)巷道圍巖起到了良好的支護(hù)效果。

圖5 斷層破碎帶巷道錨網(wǎng)+棚支護(hù)圍巖變形曲線

4 巷道表面位移監(jiān)測(cè)

在巷道圍巖完整段和破碎段各設(shè)置一處觀測(cè)點(diǎn)（記為測(cè)站一、測(cè)站二），對(duì)巷道圍巖的移近量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，記錄兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并繪制曲線圖，如圖6～圖9所示。

圖6 測(cè)站一巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平灰票O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖

圖7 測(cè)站一巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平俣茸兓O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化圖

圖8 測(cè)站二巷道圍巖位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化圖

圖9 測(cè)站二巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平俣茸兓O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化圖

由圖6～圖9可知，巷道圍巖的變形量先快后慢，直到第26天后變化平緩；2個(gè)測(cè)站無(wú)支護(hù)時(shí)的兩幫變形量分別為359，652 mm，采用錨網(wǎng)+棚支護(hù)后兩幫變形量分別為219，293 mm，分別減小了39.0%、55.1%；兩個(gè)測(cè)站無(wú)支護(hù)時(shí)的頂?shù)装逡平糠謩e為471，1238 mm，采用錨網(wǎng)+棚支護(hù)后頂?shù)装逡平糠謩e為 254，313 mm，分別減小了46.1%、74.7%。由此可見(jiàn)采用錨網(wǎng)+棚支護(hù)后可以明顯減小巷道表面位移，確保安全高效地生產(chǎn)作業(yè)。

5 結(jié) 語(yǔ)

常村煤礦N3-6皮帶巷過(guò)斷層時(shí)，巷道圍巖松散破碎，應(yīng)力集中明顯且多變，造成巷道頂板冒落與底臌，因此，提出了錨網(wǎng)+棚支護(hù)過(guò)松散破碎圍巖巷道的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)數(shù)值模擬計(jì)算以及巷道表面位移監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明：采用錨網(wǎng)+棚支護(hù)后可減小巷道表面位移，控制巷道收斂變形，確保礦井安全作業(yè)。對(duì)同類(lèi)巷道的維護(hù)起到一定的指導(dǎo)作用。

[1] 秦廣鵬,蔣金泉,孫 森,等.大變形軟巖頂?shù)装迕合镥^網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2012,29(2):209-214.

[2] 王春陽(yáng).大斷面切巷施工工藝及支護(hù)方法[J].山東煤炭技術(shù), 2015(4):28-30.

[3] 周 開(kāi).深部工程軟巖巷道“雙殼”支護(hù)理論與技術(shù)[J].煤礦安全, 2016,47(6):78-81.

[4] 王文才,魏文彬,張 博,王 玲.矩形巷道預(yù)應(yīng)力錨桿加固拱理論研究[J].煤炭技術(shù),2015,34(03):42-44.

[5] 楊雙鎖.煤礦回采巷道圍巖控制理論探討[J].煤炭學(xué)報(bào),2010, 35(11):1842-1853.

(2018-11-27)

任紅偉(1992—),男,山西運(yùn)城人，主要從事煤礦開(kāi)采與管理工作，Email:452326309@qq.com。