深部軟巖巷道的鋼釬維支護穩定性分析

汪 軍，李壽山

（1.貴州開磷集團礦業總公司， 貴州貴陽 550302；2.化工部長沙設計研究院， 湖南長沙 410116）

深部軟巖巷道的鋼釬維支護穩定性分析

汪 軍1，李壽山2

（1.貴州開磷集團礦業總公司， 貴州貴陽 550302；2.化工部長沙設計研究院， 湖南長沙 410116）

在深部軟巖巷道的支護參數設計中，采用加了鋼纖維的混凝土來取代素混凝土，采用樹脂端部固定式錨桿取代傳統的砂漿錨固錨桿。有限元數值計算結果表明，巷道的最大主應力顯著降低，巷道的垂直位移減小了28%，巷道的水平位移減小了37%，錨桿錨固力增大了40%，巷道塑性區的面積大大地減小，巷道底板的底臌量也得到很好的控制。

軟巖巷道；巷道支護；鋼釬維支護；穩定性分析

目前礦山逐漸進入深部開采，在高應力加爆破擾動的影響下，普通的錨噴支護方式已不適用于深部巷道的支護。控制深部軟巖巷道的變形需考慮支護體強度、支護體剛度和支護體結構的耦合三要素。鑒于此，采用在普通的噴射混凝土中添加適量的鋼纖維的方法可以使混凝土支護層的強度大大增加，避免因部分支護層破壞而導致的巷道片幫、底臌與冒頂現象。

1 鋼纖維支護機理

水泥、砂子、水和鋼纖維經攪拌后可形成鋼纖維混凝土，由于摻入的鋼纖維長度比砂子的粒徑大，因此鋼釬維被當成混凝土的填入料。鋼纖維的作用主要表現在三個方面：阻裂、增強和增韌。由于鋼纖維與混凝土支護體有很強的粘結力，使得支護體界面產生了新的剪切應力，將巷道的支護體所承受的荷載均勻地分到包含鋼纖維的混凝土中。試驗研究結構顯示，當鋼纖維的體積占混凝土體積的1%～2%時，其抗拉強度比普通混凝土的抗拉強度可提高40%～80%。

2 鋼釬維支護數值計算

該深埋軟巖巷道的鋼纖維混凝土噴層為100 mm，段部錨固的樹脂錨桿長度為2.5m，樹脂錨桿的間距和排距分別為800，1000mm，巷道的底角錨桿長度為3m，間距為1000mm。其數值模擬結果如圖1～圖4所示。

圖1 最大主應力分布

圖2 豎直位移分布

圖3 水平位移分布

圖4 塑性區分布

從有限元計算模型的計算結果可得出：深部軟巖巷道支護采用加了鋼纖維的混凝土來取代素混凝土，采用樹脂端部固定式錨桿取代傳統的砂漿錨固錨桿，巷道的最大主應力有顯著的降低，巷道的垂直位移降低，減小了28%，巷道的水平位移減小了37%，錨桿支護后的錨固力增大了40%，巷道的塑性區的面積大大地減小，巷道底板的底臌量也得到很好的控制。

3 結 語

通過有限元數值計算結果可知，在深部軟巖巷道的支護參數設計中，采用加了鋼纖維的混凝土來取代素混凝土，采用樹脂端部固定式錨桿取代傳統的砂漿錨固錨桿，不僅能使支護方式更有效，同時能減少支護作業的繁瑣工序，從而提高勞動生產率。

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2010－03－04）

汪 軍（1963－），男，江西景德鎮人，工程師，主要從事采礦技術設計。