深部軟巖巷道的鋼釬維支護(hù)穩(wěn)定性分析

汪 軍，李壽山

（1.貴州開磷集團(tuán)礦業(yè)總公司， 貴州貴陽 550302；2.化工部長沙設(shè)計(jì)研究院， 湖南長沙 410116）

深部軟巖巷道的鋼釬維支護(hù)穩(wěn)定性分析

汪 軍1，李壽山2

（1.貴州開磷集團(tuán)礦業(yè)總公司， 貴州貴陽 550302；2.化工部長沙設(shè)計(jì)研究院， 湖南長沙 410116）

在深部軟巖巷道的支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)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(tǒng)的砂漿錨固錨桿。有限元數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，巷道的最大主應(yīng)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(qū)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(hù)；鋼釬維支護(hù)；穩(wěn)定性分析

目前礦山逐漸進(jìn)入深部開采，在高應(yīng)力加爆破擾動的影響下，普通的錨噴支護(hù)方式已不適用于深部巷道的支護(hù)。控制深部軟巖巷道的變形需考慮支護(hù)體強(qiáng)度、支護(hù)體剛度和支護(hù)體結(jié)構(gòu)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(hù)層的強(qiáng)度大大增加，避免因部分支護(hù)層破壞而導(dǎo)致的巷道片幫、底臌與冒頂現(xiàn)象。

1 鋼纖維支護(hù)機(jī)理

水泥、砂子、水和鋼纖維經(jīng)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(dāng)成混凝土的填入料。鋼纖維的作用主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：阻裂、增強(qiáng)和增韌。由于鋼纖維與混凝土支護(hù)體有很強(qiáng)的粘結(jié)力，使得支護(hù)體界面產(chǎn)生了新的剪切應(yīng)力，將巷道的支護(hù)體所承受的荷載均勻地分到包含鋼纖維的混凝土中。試驗(yàn)研究結(jié)構(gòu)顯示，當(dāng)鋼纖維的體積占混凝土體積的1%～2%時(shí)，其抗拉強(qiáng)度比普通混凝土的抗拉強(qiáng)度可提高40%～80%。

2 鋼釬維支護(hù)數(shù)值計(jì)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(shù)值模擬結(jié)果如圖1～圖4所示。

圖1 最大主應(yīng)力分布

圖2 豎直位移分布

圖3 水平位移分布

圖4 塑性區(qū)分布

從有限元計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果可得出：深部軟巖巷道支護(hù)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(tǒng)的砂漿錨固錨桿，巷道的最大主應(yīng)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(hù)后的錨固力增大了40%，巷道的塑性區(qū)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(jié) 語

通過有限元數(shù)值計(jì)算結(jié)果可知，在深部軟巖巷道的支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)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(tǒng)的砂漿錨固錨桿，不僅能使支護(hù)方式更有效，同時(shí)能減少支護(hù)作業(yè)的繁瑣工序，從而提高勞動生產(chǎn)率。

［1］陳祖煜，楊 健.巖土預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的進(jìn)展［J］.貴州水力發(fā)電，2004，18（5）：5－10.

［2］余偉健，高 謙.復(fù)合性軟弱圍巖巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.采礦技術(shù)，2006，6（3）：322－325.

［3］何思明，張小剛，王成華.預(yù)應(yīng)力錨索破壞特性及極限抗拔力研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（17）：2966－2971.

［4］樸龍澤，李正國，劉志國，等.錨根合理設(shè)計(jì)長度的分析［J］.水力發(fā)電，1996（7）：45－49.

［5］王永巖，岳彩虹，張紅霞，等.柔性注壓錨桿結(jié)構(gòu)參數(shù)與圍巖壓力對錨固系統(tǒng)的影響［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2010，30（1）：37－39.

2010－03－04）

汪 軍（1963－），男，江西景德鎮(zhèn)人，工程師，主要從事采礦技術(shù)設(shè)計(jì)。