楊家村礦軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究

李德輝 安冀鴻

摘要：以楊家村礦輔助運(yùn)輸順槽工程地質(zhì)條件為研究背景，基于FLAC3D數(shù)值模擬軟件比較分析不同間排距的圍巖塑性區(qū)、周邊位移變化規(guī)律及錨桿錨索的受力情況，結(jié)合理論計(jì)算和數(shù)值模擬分析，最終確立了合理的錨桿錨索間排距并進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，并利用礦壓監(jiān)測的方法，驗(yàn)證了支護(hù)方案的可行性。

Abstract： Taking the engineering geological conditions of the auxiliary transportation along the Yangjiacun Mine as the research background， based on the FLAC3D numerical simulation software， it compares and analyzes the plastic zone of the surrounding rock with different spacings， the change rule in surrounding displacement and the force of the anchor rod and cable， combined with the theory calculation and numerical simulation analysis， finally establishes a reasonable bolt and cable spacing and applies it on site， and verifies the feasibility of the support scheme by using the method of mine pressure monitoring.

關(guān)鍵詞：軟巖巷道;數(shù)值模擬;礦壓監(jiān)測

Key words： soft rock roadway;numerical simulation;mine pressure monitoring

中圖分類號(hào)：TD353? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）23-0116-02

0? 引言

我國煤炭資源豐富，但其賦存的地質(zhì)條件都相對比較復(fù)雜，軟巖巷道相比正常的巷道具有變形巨大的特性。鄢朝興[1]通過實(shí)驗(yàn)得出軟巖巷道變形的主要原因，并提出了新型支護(hù)方式;苑仁鵬[2]針對深井下圍巖急劇變形問題提出了復(fù)合支護(hù)體系，有效控制了圍巖變形;張向東[3]、周發(fā)陸[4]對斷層破碎帶的支護(hù)方式進(jìn)行了研究;孟慶彬[5]通過研究軟巖巷道圍巖松動(dòng)范圍，得出圍巖失穩(wěn)機(jī)理并對現(xiàn)有支護(hù)方案進(jìn)行了優(yōu)化;梁海汀等[6-8]研究了錨桿錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式在軟巖巷道中的應(yīng)用與優(yōu)化。

楊家村礦41311工作面井下位置位于41采區(qū)中西部，北部為井田邊界，南部為4-1煤層膠帶大巷，西部為實(shí)炭區(qū)，東部15m為41310膠帶運(yùn)輸順槽。巷道距離地面大約有200m左右，巷道周邊圍巖較為軟弱，頂?shù)装宄霈F(xiàn)不同程度的破壞其周邊軟巖卻難以控制，增加了巷道支護(hù)的難度。

1? FLAC3D數(shù)值模擬

1.1 力學(xué)參數(shù)確定

根據(jù)現(xiàn)場施工情況，同時(shí)結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)要求，采用液壓伺服試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了下列測試：①煤巖樣巴西劈裂試驗(yàn);②煤巖樣單軸壓縮試驗(yàn);③煤巖樣三軸壓縮試驗(yàn)，從而得出煤巖樣相關(guān)物理參數(shù)（表1）。

1.2 數(shù)值模型設(shè)計(jì)

模型尺寸為X×Y×Z=200m×8m×62m，一共有15232個(gè)單元，19665個(gè)節(jié)點(diǎn)，巷道的埋置深度定為200m，側(cè)壓力系數(shù)K設(shè)定為1.3，垂直應(yīng)力SZZ=6.5MPa，水平應(yīng)力SXX=SYY=8.5MPa，模型上覆巖土層施加6.5MPa邊界載荷，具體的模型如圖1所示，采用莫爾-庫倫本構(gòu)模型，選取錨桿及錨索不同的排距作為數(shù)值分析過程的變量。

為了比較清楚地得到巷道在開挖支護(hù)后圍巖變形的變化情況，從巷道圍巖塑性區(qū)、位移場、錨桿錨索受力情況三方面為切入點(diǎn)，綜合分析圍巖的變形特征，驗(yàn)證支護(hù)設(shè)計(jì)的合理性，并且選取不同錨桿錨索排距進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化模擬分析，最終得到在保證能夠穩(wěn)定控制圍巖變形的條件下的最優(yōu)支護(hù)方案。

1.3 計(jì)算結(jié)果分析

運(yùn)用FLAC3D軟件分別模擬了三種不同錨桿錨索間排距下的圍巖塑性區(qū)分布范圍、巷道周邊圍巖位移場以及錨桿錨索受力情況，其模擬結(jié)果見表2。

根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果分析可知，當(dāng)錨桿和錨索排距分別設(shè)為1m和2m時(shí)，錨桿可以使淺處的錨固體的力學(xué)特性得到提升，且錨索又錨固在穩(wěn)定的巖層中，可以充分發(fā)揮處于穩(wěn)定狀態(tài)的巖層的力學(xué)性能及增強(qiáng)圍巖抵抗剪拉屈服破壞的能力，使巷道頂板中有效的錨固區(qū)域得到加大，控制了塑性區(qū)的擴(kuò)展，使其處于合理的范圍內(nèi)，整體提升了巷道頂部的穩(wěn)定性。同時(shí)，巷道周邊的變形在該支護(hù)措施的作用下得到了較好地控制，其變形量相比較來說最小，且在底板增加了鋪設(shè)混凝土墊層的措施，有效地提升了整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。

2? 現(xiàn)場礦壓監(jiān)測及支護(hù)效果評價(jià)

2.1 現(xiàn)場監(jiān)測布置

為了檢驗(yàn)41311輔助運(yùn)輸順槽支護(hù)方案設(shè)計(jì)的合理性及可行性，現(xiàn)場分別對巷道的表面位移變化情況、頂層巖層的離層情況及錨桿錨索的軸向拉力進(jìn)行監(jiān)測，通過監(jiān)測結(jié)果的分析來驗(yàn)證支護(hù)的效果。

現(xiàn)場選取150m的試驗(yàn)巷道，一共布置3個(gè)測站進(jìn)行觀測，1號(hào)測站位于41311輔助運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面50m處，而后每當(dāng)掘進(jìn)工作面向前推進(jìn)50m布置一測站，依次記為2號(hào)測站和3號(hào)測站。

2.2 監(jiān)測結(jié)果分析

圖2分別為①巷道表面位移曲線、②巷道頂板離層位移曲線、③錨桿（索）受力位移曲線。

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果分析可知，巷道周邊表面位移在支護(hù)初期不斷地變化，而后達(dá)到最大值趨于穩(wěn)定，但其最大變化值仍屬于正常的范圍;頂板深部巖層分離情況不是很明顯，淺部巖層之間的分離情況比較明顯，但整個(gè)頂板巖層仍處于較為穩(wěn)定的狀態(tài);錨索及錨桿的軸向拉力在支護(hù)初期變化比較大，其整體呈上升的趨勢，隨著時(shí)間的推移而逐漸增大，之后達(dá)到一定的峰值處于穩(wěn)定，均沒有其破斷時(shí)的極限荷載，整體保持了較好的承載能力，同時(shí)現(xiàn)場監(jiān)測的結(jié)果與數(shù)值模擬分析的結(jié)果大致一樣。因此，錨桿錨索聯(lián)合的支護(hù)方式可以有效地控制巷道圍巖的變形，使支護(hù)結(jié)構(gòu)受力整體穩(wěn)定，維護(hù)了巷道的穩(wěn)定性，并滿足了礦井安全生產(chǎn)的要求。

3? 結(jié)論

①運(yùn)用數(shù)值分析軟件FLAC3D，確立了錨桿排距為1m，錨索排距為2m，此時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)整體承受荷載的能力較好，保持了巷道圍巖的整體穩(wěn)定性，滿足了礦井安全生產(chǎn)的需求。②根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果分析可知，巷道周邊表面位移在支護(hù)初期不斷地變化，而后達(dá)到最大值趨于穩(wěn)定，但其最大變化值仍屬于正常的范圍;錨索及錨桿的軸向拉力在支護(hù)初期變化比較大，其整體呈上升的趨勢，達(dá)到一定的峰值處于穩(wěn)定狀態(tài)，整體保持了較好的承載能力。③錨桿錨索聯(lián)合的支護(hù)方式可以有效地控制巷道圍巖的變形，使支護(hù)結(jié)構(gòu)受力整體穩(wěn)定，維護(hù)了巷道的穩(wěn)定性，并滿足了礦井安全生產(chǎn)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄢朝興，劉勇，康向濤，等.深井軟巖巷道雙套棚灌漿支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2019（02）：87-91.

[2]苑仁鵬，孟慶新.千米深井軟巖大斷面巷道支護(hù)技術(shù)研究[J].煤礦機(jī)械，2018，39（10）：60-62.

[3]張向東，陳海濤，李慶文，蔡赫男，王帥，張哲誠.斷層破碎帶軟巖巷道支護(hù)技術(shù)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，36（11）：1131-1136.

[4]周發(fā)陸，齊炎，魏海濤，夏德威，張小剛，劉寧.破碎軟巖巷道錨噴網(wǎng)支護(hù)的應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2018，38（01）：71-74.

[5]孟慶彬，韓立軍，喬衛(wèi)國，林登閣，文圣勇，張建.泥質(zhì)弱膠結(jié)軟巖巷道變形破壞特征與機(jī)理分析[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2016，33（06）：1014-1022.

[6]梁海汀，張國勇，馬二強(qiáng)，宋建偉，蘇楠，李樹杰.軟巖巷道錨注索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2017，36（01）：110-112.

[7]劉立民，張進(jìn)鵬.軟巖巷道預(yù)應(yīng)力錨注支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2017，36（01）：9-11.

[8]張文，陶宇.化學(xué)注漿復(fù)合支護(hù)技術(shù)在軟巖巷道中的應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2016，36（10）：99-102.