楊家村礦軟巖巷道支護技術研究

李德輝 安冀鴻

摘要：以楊家村礦輔助運輸順槽工程地質條件為研究背景，基于FLAC3D數值模擬軟件比較分析不同間排距的圍巖塑性區、周邊位移變化規律及錨桿錨索的受力情況，結合理論計算和數值模擬分析，最終確立了合理的錨桿錨索間排距并進行現場應用，并利用礦壓監測的方法，驗證了支護方案的可行性。

Abstract： Taking the engineering geological conditions of the auxiliary transportation along the Yangjiacun Mine as the research background， based on the FLAC3D numerical simulation software， it compares and analyzes the plastic zone of the surrounding rock with different spacings， the change rule in surrounding displacement and the force of the anchor rod and cable， combined with the theory calculation and numerical simulation analysis， finally establishes a reasonable bolt and cable spacing and applies it on site， and verifies the feasibility of the support scheme by using the method of mine pressure monitoring.

關鍵詞：軟巖巷道;數值模擬;礦壓監測

Key words： soft rock roadway;numerical simulation;mine pressure monitoring

中圖分類號：TD353? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）23-0116-02

0? 引言

我國煤炭資源豐富，但其賦存的地質條件都相對比較復雜，軟巖巷道相比正常的巷道具有變形巨大的特性。鄢朝興[1]通過實驗得出軟巖巷道變形的主要原因，并提出了新型支護方式;苑仁鵬[2]針對深井下圍巖急劇變形問題提出了復合支護體系，有效控制了圍巖變形;張向東[3]、周發陸[4]對斷層破碎帶的支護方式進行了研究;孟慶彬[5]通過研究軟巖巷道圍巖松動范圍，得出圍巖失穩機理并對現有支護方案進行了優化;梁海汀等[6-8]研究了錨桿錨網聯合支護方式在軟巖巷道中的應用與優化。

楊家村礦41311工作面井下位置位于41采區中西部，北部為井田邊界，南部為4-1煤層膠帶大巷，西部為實炭區，東部15m為41310膠帶運輸順槽。巷道距離地面大約有200m左右，巷道周邊圍巖較為軟弱，頂底板出現不同程度的破壞其周邊軟巖卻難以控制，增加了巷道支護的難度。

1? FLAC3D數值模擬

1.1 力學參數確定

根據現場施工情況，同時結合室內試驗要求，采用液壓伺服試驗機進行了下列測試：①煤巖樣巴西劈裂試驗;②煤巖樣單軸壓縮試驗;③煤巖樣三軸壓縮試驗，從而得出煤巖樣相關物理參數（表1）。

1.2 數值模型設計

模型尺寸為X×Y×Z=200m×8m×62m，一共有15232個單元，19665個節點，巷道的埋置深度定為200m，側壓力系數K設定為1.3，垂直應力SZZ=6.5MPa，水平應力SXX=SYY=8.5MPa，模型上覆巖土層施加6.5MPa邊界載荷，具體的模型如圖1所示，采用莫爾-庫倫本構模型，選取錨桿及錨索不同的排距作為數值分析過程的變量。

為了比較清楚地得到巷道在開挖支護后圍巖變形的變化情況，從巷道圍巖塑性區、位移場、錨桿錨索受力情況三方面為切入點，綜合分析圍巖的變形特征，驗證支護設計的合理性，并且選取不同錨桿錨索排距進行巷道支護設計的優化模擬分析，最終得到在保證能夠穩定控制圍巖變形的條件下的最優支護方案。

1.3 計算結果分析

運用FLAC3D軟件分別模擬了三種不同錨桿錨索間排距下的圍巖塑性區分布范圍、巷道周邊圍巖位移場以及錨桿錨索受力情況，其模擬結果見表2。

根據數值模擬結果分析可知，當錨桿和錨索排距分別設為1m和2m時，錨桿可以使淺處的錨固體的力學特性得到提升，且錨索又錨固在穩定的巖層中，可以充分發揮處于穩定狀態的巖層的力學性能及增強圍巖抵抗剪拉屈服破壞的能力，使巷道頂板中有效的錨固區域得到加大，控制了塑性區的擴展，使其處于合理的范圍內，整體提升了巷道頂部的穩定性。同時，巷道周邊的變形在該支護措施的作用下得到了較好地控制，其變形量相比較來說最小，且在底板增加了鋪設混凝土墊層的措施，有效地提升了整個支護結構抵抗變形的能力。

2? 現場礦壓監測及支護效果評價

2.1 現場監測布置

為了檢驗41311輔助運輸順槽支護方案設計的合理性及可行性，現場分別對巷道的表面位移變化情況、頂層巖層的離層情況及錨桿錨索的軸向拉力進行監測，通過監測結果的分析來驗證支護的效果。

現場選取150m的試驗巷道，一共布置3個測站進行觀測，1號測站位于41311輔助運輸順槽掘進工作面50m處，而后每當掘進工作面向前推進50m布置一測站，依次記為2號測站和3號測站。

2.2 監測結果分析

圖2分別為①巷道表面位移曲線、②巷道頂板離層位移曲線、③錨桿（索）受力位移曲線。

根據監測結果分析可知，巷道周邊表面位移在支護初期不斷地變化，而后達到最大值趨于穩定，但其最大變化值仍屬于正常的范圍;頂板深部巖層分離情況不是很明顯，淺部巖層之間的分離情況比較明顯，但整個頂板巖層仍處于較為穩定的狀態;錨索及錨桿的軸向拉力在支護初期變化比較大，其整體呈上升的趨勢，隨著時間的推移而逐漸增大，之后達到一定的峰值處于穩定，均沒有其破斷時的極限荷載，整體保持了較好的承載能力，同時現場監測的結果與數值模擬分析的結果大致一樣。因此，錨桿錨索聯合的支護方式可以有效地控制巷道圍巖的變形，使支護結構受力整體穩定，維護了巷道的穩定性，并滿足了礦井安全生產的要求。

3? 結論

①運用數值分析軟件FLAC3D，確立了錨桿排距為1m，錨索排距為2m，此時支護結構整體承受荷載的能力較好，保持了巷道圍巖的整體穩定性，滿足了礦井安全生產的需求。②根據現場監測結果分析可知，巷道周邊表面位移在支護初期不斷地變化，而后達到最大值趨于穩定，但其最大變化值仍屬于正常的范圍;錨索及錨桿的軸向拉力在支護初期變化比較大，其整體呈上升的趨勢，達到一定的峰值處于穩定狀態，整體保持了較好的承載能力。③錨桿錨索聯合的支護方式可以有效地控制巷道圍巖的變形，使支護結構受力整體穩定，維護了巷道的穩定性，并滿足了礦井安全生產的要求。

參考文獻：

[1]鄢朝興，劉勇，康向濤，等.深井軟巖巷道雙套棚灌漿支護技術研究與應用[J].礦業研究與開發，2019（02）：87-91.

[2]苑仁鵬，孟慶新.千米深井軟巖大斷面巷道支護技術研究[J].煤礦機械，2018，39（10）：60-62.

[3]張向東，陳海濤，李慶文，蔡赫男，王帥，張哲誠.斷層破碎帶軟巖巷道支護技術[J].遼寧工程技術大學學報，2017，36（11）：1131-1136.

[4]周發陸，齊炎，魏海濤，夏德威，張小剛，劉寧.破碎軟巖巷道錨噴網支護的應用[J].礦業研究與開發，2018，38（01）：71-74.

[5]孟慶彬，韓立軍，喬衛國，林登閣，文圣勇，張建.泥質弱膠結軟巖巷道變形破壞特征與機理分析[J].采礦與安全工程學報，2016，33（06）：1014-1022.

[6]梁海汀，張國勇，馬二強，宋建偉，蘇楠，李樹杰.軟巖巷道錨注索聯合支護技術應用[J].煤炭技術，2017，36（01）：110-112.

[7]劉立民，張進鵬.軟巖巷道預應力錨注支護技術研究與應用[J].煤炭技術，2017，36（01）：9-11.

[8]張文，陶宇.化學注漿復合支護技術在軟巖巷道中的應用[J].礦業研究與開發，2016，36（10）：99-102.