蘆嶺煤礦Ⅲ1024底板巷支護(hù)與圍巖類型穩(wěn)定性分析

張 勇

(安徽省淮北礦業(yè)集團(tuán)股份公司蘆嶺煤礦辦公室，安徽 宿州 234113)

1 工程概況

蘆嶺煤礦Ⅲ1024底板巷施工層位位于10煤層底板，施工區(qū)域上距10煤層底板法距10.4～44.1 m，下距一灰頂板15.5～47.8 m。根據(jù)資料分析，該區(qū)域巖層傾角14°～20°，平均16°，巷道埋深806.7～852 m，該模擬按最大埋深852 m計(jì)算。

該巷道施工區(qū)域巖性主要為粉砂巖、中粒砂巖及細(xì)砂巖。巷道施工區(qū)域煤系地層產(chǎn)狀穩(wěn)定，煤層總體表現(xiàn)為走向北西，傾向北東的單斜構(gòu)造形態(tài)，局部有起伏；10煤層賦存較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，10煤層厚度1.99～2.93 m，平均厚2.47 m，為中厚煤層；煤層內(nèi)發(fā)育1層泥巖夾矸，厚度0.42～2.31 m，平均1.30 m。

2 模型設(shè)計(jì)

根據(jù)蘆嶺煤礦Ⅲ1024底板巷采礦地質(zhì)條件，建立FLAC3D模型如圖1所示，模型尺寸(長×寬×高)=125.2 m×24 m×54 m。模型四周包括底部施加固定邊界條件(即模型底面垂直方向速度為0，模型四周水平方向速度為0)，施加均布荷載到模型頂部，模型計(jì)算采用摩爾庫倫(Mohr-Coulomb)屈服強(qiáng)度準(zhǔn)則。

圖1 數(shù)值模擬模型

根據(jù)Ⅲ1024底板巷道圍巖類別，本模型可分為11層：以巷道中心為起點(diǎn)，上方巖層依次為砂巖、泥巖、粉砂巖、泥巖和細(xì)砂巖；下方巖層依次為泥巖、粉砂巖、煤、粉砂巖以及砂巖。錨桿和錨索等支護(hù)結(jié)構(gòu)材料參數(shù)，全部按照礦方原支護(hù)方案所采用的參數(shù)來計(jì)算?？紤]到施工現(xiàn)場與室內(nèi)條件存在差異，對部分巖體力學(xué)參數(shù)做了相應(yīng)調(diào)整。

3 不同圍巖條件下巷道圍巖穩(wěn)定性

蘆嶺煤礦Ⅲ1024底板巷道為三心拱型巷道，左、右?guī)头謩e采用兩排Φ22 mm長3 m錨桿，頂板布置相同型號錨桿9根，間排距為800 mm×800 mm；頂板平均布置5根Φ22 mm長6.3 m的錨索，排距為1 600 mm。為了更直觀的研究該支護(hù)方案下巷道圍巖的穩(wěn)定性，對三種不同圍巖情況進(jìn)行模擬分析，分別為砂巖、煤和泥巖巷道。圖2為圍巖為砂巖時巷道的位移云圖，觀察圖2(a)可知，巷道頂板下沉量接近11 mm，底板鼓起接近44 mm，巷道垂直移近量達(dá)到55 mm；觀察圖2(b)可知，巷道左、右兩幫變形量相似，接近72 mm，兩幫移近量達(dá)到144 mm。由圖2可知，該支護(hù)條件下砂巖巷道圍巖穩(wěn)定程度一般。

(a)垂直位移

(b)水平位移

圖3為圍巖為煤時巷道得位移云圖，觀察圖3(a)可知，巷道頂板下沉量接近19 mm，底板鼓起接近48 mm，巷道垂直移近量達(dá)到67 mm；觀察圖3(b)可知，巷道左、右兩幫變形量相似，接近12 mm，兩幫移近量達(dá)到24 mm。由上述數(shù)據(jù)可知，該支護(hù)方案下，煤巷的圍巖變形相對穩(wěn)定。

(a)垂直位移

(b)水平位移

圖4為圍巖為泥巖時巷道的位移云圖，觀察圖4(a)可知，巷道頂板下沉量接近42 mm，底板鼓起接近78 mm，巷道垂直移近量達(dá)到120 mm；觀察圖4(b)可知，巷道左、右兩幫變形量相似，接近65 mm，兩幫移近量達(dá)到130 mm。

(a)垂直位移

(b)水平位移

根據(jù)上述模擬情況可知，三種圍巖情況下巷道圍巖主要以對稱變形為主，該三心拱巷道支護(hù)在煤巷中圍巖最為穩(wěn)定，變形量也最?。簧皫r巷道中，左右兩幫移近量最大，因此在該支護(hù)條件下，應(yīng)改善幫部支護(hù)，增加錨索或者錨桿的數(shù)量；泥巖巷道中，頂?shù)装搴蛢蓭鸵平慷驾^大，圍巖破壞也最為嚴(yán)重。通過上述對比分析，該支護(hù)方案在現(xiàn)場情況下具有良好的支護(hù)效果，而對于深部大斷面高地壓軟巖巷道圍巖控制技術(shù)具有較好的應(yīng)用前景。

4 現(xiàn)場支護(hù)效果監(jiān)測分析

為監(jiān)測支護(hù)設(shè)計(jì)方案對巷道圍巖的控制效果，在Ⅲ1024底板巷道掘進(jìn)迎頭處對圍巖的表面位移、深部巖層位移進(jìn)行了監(jiān)測。采用雙十字布點(diǎn)法安裝液壓枕和多點(diǎn)位移計(jì)，將每個基點(diǎn)的讀數(shù)記為初始值，之后獲取的新數(shù)據(jù)減去初始值即為深部各基點(diǎn)的位移量，每隔7 d觀測一次，由監(jiān)測數(shù)據(jù)得出斷面圍巖變形曲線，如圖5所示。

圖5 Ⅲ1024底板巷測站圍巖位移圖

從圖5可以看出：測站位置頂板和左幫圍巖的變形量整體較小，而左右兩幫移近量整體大于頂?shù)装逡平?，右?guī)妥冃魏偷纂葹閲?yán)重，觀測初期，巷道圍巖變形速率較大，并逐漸趨于平穩(wěn)，在觀測80 d后，圍巖位移量基本保持穩(wěn)定，巷道圍巖變形得到了有效控制。由此分析此段巷道礦壓顯現(xiàn)劇烈的原因?yàn)椋合锏理敯遢^為破碎，一次支護(hù)后，圍巖應(yīng)力釋放，圍巖流變現(xiàn)象明顯，支護(hù)難度較大。建議掘進(jìn)施工期間，①根據(jù)巷道圍巖變形情況，實(shí)施關(guān)鍵變形部位采用注漿錨索補(bǔ)償加強(qiáng)支護(hù)方案，增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，與圍巖形成共同承載的支護(hù)體，保障圍巖穩(wěn)定；②及時臥底，確保巷道斷面滿足需求。

5 結(jié) 論

通過對蘆嶺煤礦Ⅲ1024底板巷道的三種不同圍巖形式下支護(hù)方案的可靠性數(shù)值模擬，得出以下結(jié)論。

1)在高地應(yīng)作用下，相較于三種巷道而言，泥巖巷道變形尤為顯著，尤其巷道底臌較為嚴(yán)重，這是由于在巷道開挖過程中兩幫應(yīng)力集中逐漸下底板下移，導(dǎo)致底板應(yīng)力過大。

2)隨著巖性的變化，巷道兩幫位移較為顯著，頂?shù)装逦灰撇顒e不大，兩幫應(yīng)力區(qū)逐漸降低，巷道水平應(yīng)力回升至原巖應(yīng)力更加困難，表明該支護(hù)方案應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)幫部支護(hù)，從而降低幫部圍巖破碎。

3)在一定程度上，現(xiàn)行支護(hù)方案，滿足該巷道工程施工要求，對三心拱巷道支護(hù)和圍巖穩(wěn)定性有效控制提供較好的設(shè)計(jì)方案。

4)通過現(xiàn)場礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)來分析實(shí)際巷道圍巖變形情況，并提出改善方案，從而保障巷道圍巖穩(wěn)定性，達(dá)到工程實(shí)際要求。

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