大埋深井巷錨桿支護影響因素的FLAC分析

倪慶均　倪侃

大埋深井巷錨桿支護影響因素的FLAC分析

倪慶均1,倪侃2

（1.新汶礦業集團良莊煤礦; 2.南華大學核工程學院,山東 新泰 271220）

摘 要：通過對地應力分析，推出有利于8203運煤巷圍巖穩定的斷面形狀，在此基礎上，根據圍巖變形量以及滿足8203運煤巷通風、行人、運輸等要求的前提下，確定8203運煤巷合理的斷面尺寸。

關鍵詞：大埋深；動態壓力；回采巷道；斷面形狀；斷面尺寸

1簡介

FLAC是一種用于工程力學計算的顯式有限差分程序。內部含有多個力學模型，如摩爾-庫侖模型，應變硬化/軟化模型，節理模型及雙屈服模型等，用以模擬高度非線性，不可逆等地質材料的變形特征。FLAC可以模擬巖層中不連續面，含有4種結構單元，分別為梁、錨桿、樁及支柱單元，并可模擬各種支護構件。

FLAC的求解過程如圖1。首先從已知的應力或力，據運動方程導出新的速度和位移，然后由速度導出應變速率，從而求出新的應力。

2數值模擬條件及力學模型

2.1模擬對象

數值模擬良莊煤礦8203綜采工作面運輸巷。巷道開掘在2#煤層中，頂底板巖層分布和巷道支護斷面如圖2。開挖方式為炮掘，頂板采用M鋼帶加長錨固組合錨桿支護。傾斜錨桿為20# -2200，頂板中部錨桿為20#- 2000，排距0.6m。兩幫采用φ20mm×2000mm等強螺紋鋼錨桿支護。

2.2模擬方案

模擬方案共18個(表1)，分析不同條件下巷道圍巖變形和破壞的規律。

3模擬結果及分析

原巖應力狀態下，巷道圍巖位移和破壞范圍都很小。垂直應力與圍巖位移關系如 圖3（水平應力均為2σ0）。隨著垂直應力增加，頂板下沉量和幫位移量都在不斷增加，特別是幫位移量增加劇烈，兩幫塑性區急劇擴大?？梢?，垂直應力對巷道兩幫煤層的位移和破壞影響最為明顯。

水平應力與巷道位移的關系（垂直應力均為2σ0）。隨著水平應力增大，巷道頂板下沉量、底臌都明顯增加，兩幫位移也顯著增加，但幅度沒有前兩者大。拉斷區和剪切破壞區迅速擴展至整個直接頂和直接底。兩幫煤層的破壞深度沒有明顯增加，但出現破壞的單元數明顯增加，拉斷區深度和范圍也顯著擴大。可見，水平應力是決定巷道頂板巖層變形和破壞的關鍵因素。

4井下試驗

在良莊煤礦8203運輸巷，試驗了錨桿支護，支護參數與數值模型相同。從井下施工開始進行了長期礦壓觀測。累計的頂底板移近量為371mm，兩幫移近量為423mm。巷道維護狀況滿足了生產需要。表明FLAC3.3可以比較合理地模擬巷道圍巖的大變形和破壞，計算結果有一定的可靠性。

5結論

（1）大埋深井巷錨桿支護設計采用FLAC軟件，在解決幾何非線性、大變形問題上尤為突出，為煤礦巷道支護設計提供了一個有力工具。

（2）在傾斜或緩傾斜煤層中開掘的矩形或倒梯形巷道中，垂直應力對巷道兩幫煤層的位移和破壞影響最為明顯，而水平應力是決定巷道頂底板變形和破壞的關鍵因素。

（3）煤層強度是決定煤幫位移和破壞的關鍵因素，也明顯影響頂板下沉，完整穩定的兩幫有利于提高頂板的穩定性。endprint