強礦壓顯現巷道錨桿支護方案優化設計研究

劉建剛　李志剛　劉小亮

摘 要：貴州六盤水某煤礦2201工作面為背景，利用FLAC2D數值模擬軟件計算方法研究礦壓顯現巷道錨桿支護方案。結果表明：靜載條件下，隨著錨桿長度的增加，巷道周圍的塑性變形區在減少，巷道幫部的應力降低區范圍增大，巷道幫部的側向支承壓力向深部轉移；隨著錨桿長度的增加可以有效的控制巷道頂板兩幫的位移。

關鍵詞：錨桿；巷道；數值模擬；應力

自50年代錨桿支護提出，在隧道、礦山工程、水利工程及人防工程獲得極大的推廣和應用。尤其是煤礦巷用錨桿支護理論經過多年探索已取得很大進展。近年來，國內很多學者對錨桿支護技術做了大量的研究與探討。康紅普等[1，2]針對深部開采與受強烈動壓影響的兩類高應力巷道的特點，在分析目前支護理論與技術存在問題的基礎上，提出高預應力、強力支護理論，強調保持圍巖完整性的重要性，以及錨桿預應力及其擴散對支護效果的決定性作用，并提出高應力巷道支護設計準則。貴州礦區的煤礦普遍地質條件復雜，加之回采影響，回采巷道更加嚴重，本論文以貴州六盤水某礦為例，該礦地質條件復雜，埋深大，工作面回采時巷道變形快且變形嚴重，嚴重影響工作面安全回采，因而進行錨桿支護研究。

1 工作面概況及模型建立

本數值模擬模型參照貴州六盤水某煤礦2201工作面地質條件，主采煤層為煤3下，煤厚2.51米，2201工作面埋深平均為600m，煤層傾角僅為3°，為近水平煤層，礦井為高瓦斯礦井，煤層易自然，地質條件復雜，工作面附近存在斷層。本數值模擬以2201工作面綜合地質柱狀圖為基礎，并對其地質條件簡化，利用FLACD2D數值模擬軟件進行模擬，模型如圖1，柱狀圖如圖2。

2 支護方案模擬方案

由于強礦壓顯現的巷道變形比較嚴重，支護方式的類型及參數至關重要，本次研究我們主要側重支護參數研究，即錨桿長度研究。支護方案主要研究強礦壓顯現巷道中不同錨桿長度對圍巖穩定性、塑性區分布的影響。具體支護方案如表1所示。

3 支護方案模擬結果分析

巷道采用不同長度錨桿支護后，巷道幫部垂直應力曲線如圖3所示。

由圖3可知，巷道開挖后，巷道幫部出現應力降低區、原巖應力區、應力升高區。采用方案1支護巷道后，應力降低區范圍在距離幫部1～4m，應力峰值位于幫部向里5m處；采用方案2支護巷道后，應力降低區范圍在距離幫部向里1～7m，應力峰值位于幫部向里10m處；；采用方案3支護巷道后，應力降低區范圍在距離幫部1～8m，應力峰值位于幫部向里11m處；由此得出結論：錨桿長度加長后，可增大巷道周圍的應力降低區，使應力峰值向深部轉移。因此，在靜載條件下，隨著錨桿長度的增加，巷道周圍的塑性變形區在減少，巷道幫部的應力降低區范圍增大，巷道幫部的側向支承壓力向深部轉移；隨著錨桿長度的增加可以有效的控制巷道頂板兩幫的位移。

4 小結

本論文分析了不同長度錨桿對強礦壓顯現巷道支護效果的影響，可知錨桿長度較短時，巖體內無法形成穩定的支護結構；隨著錨桿長度的增加，巷道周圍的塑性變形區在減少，巷道幫部的應力降低區范圍增大，巷道幫部的側向支承壓力向深部轉移；隨著錨桿長度的增加可以有效的控制巷道頂板和幫部的變形量，該研究對于礦方錨桿優化設計提供理論基礎。

參考文獻：

[1]康紅普.地下開采現代技術理論與實踐[M].煤炭工業出版社，2002（06）.

[2]康紅普.煤礦巷道錨桿支護技術現狀與發展趨勢[M].地基基礎工程與錨固注漿技術研討會論文集，2009.

基金項目：貴州省教育廳采礦工程重點學科（黔財教[2013]140號）；貴州省礦山壓力與巖層控制工程中心：（黔教合KY字[2012]027號）。

作者簡介：劉建剛（1988-），男，山東昌樂人，碩士，助教，主要從事：采礦工程專業的教學和科研工作。endprint