富水巷道圍巖表面滲透性對底鼓的影響

2022-04-26 07:07:54王博

四川建材 2022年4期

王博

(河南理工大學土木工程學院，河南焦作 454003)

0 前言

巷道開挖后在未支護狀態下，圍巖表面完全裸露，當巷道所處巖層含有地下水時，地下水將會沿著圍巖表面裂隙自由滲出，若對巷道圍巖表面進行封閉支護(例如巷道表面進行噴漿或者施加混凝土結構層)，巷道表面的滲透性將會降低，地下水從圍巖表面滲出將會受到阻礙。但由于施工標準和所用材料的不同，圍巖封閉支護材料的抗滲能力也有所差別，對巷道圍巖滲流場造成影響不同。已有研究表明，滲流場的變化會導致巷道破壞變形不同[1-4]，所以研究圍巖表面滲透性對巷道底鼓的影響具有十分重要的意義。

本文以告成煤礦南翼副井井底車場為工程背景，采用FLAC3D數值模擬軟件模擬計算圍巖表面滲透性對巷道底鼓的影響，為相似工程底鼓治理提供參考。

1 工程背景

井底車場埋深約660 m，設計掘進斷面5 800 mm×4 700 mm，凈斷面5 500 mm×4 400 mm。車場支護方式以錨網噴為主，錨桿規格為Φ20×2 250 mm右旋螺紋鋼全絲錨桿，間排距為800 mm×800 mm，金屬網采用Φ6.5 mm光面鋼筋制作，網目為80 mm×80 mm，錨網支護施工完畢后采用C20噴射混凝土封閉，噴層設計厚度150 mm。車場巷道所在的L7灰巖與其頂部巖層L8灰巖和底部巖層L6灰巖屬石炭系上統太原組上段灰巖含水層，該含水層水頭壓力為4～7.9 MPa，單位涌水量0.0256～0.387 L/s·m，滲透系數0.301～2.908 m/d。

2 模型建立

建立數值模型橫向長度為60 m、豎向高度50 m、縱向長度為5 m，巷道開挖斷面1∶1的比例參照井底車場的開挖斷面，為直墻半圓拱形狀，寬度為5.8 m，高度為4.7 m，其中圓拱半徑2.9 m，直墻高度為1.8 m，整個模型共有213 870個六面體模型單元和231 568個網格節點，模型的邊界設置分為應力位移邊界條件和滲流邊界條件，模型上部為應力約束，上部施加16.5 MPa豎向應力，水平應力為24.5 MPa，左右及底部邊界為固定位移約束。模型左右兩端和底部為不透水邊界，模型頂部為透水邊界。巷道在開挖前所處巖層為飽和巖層，孔隙水壓力為靜水壓力，圍巖參數如表1所示。

表1 數值模型圍巖物理參數

主要研究內容為圍巖表面滲透性對巷道底鼓的影響，巷道開挖后在圍巖表面施加一層22 cm厚的襯砌，為了消除其他因素的影響，襯砌其他參數與巷道圍巖相同，只改變襯砌的滲透率，分別取原巖滲透率的1/2、1/4、1/6、1/8和1/10，模擬方案如表2所示。

表2 不同巷道表面滲透性模擬方案

3 模擬結果分析

不同方案下巷道圍巖各部位最大位移變化曲線如圖1所示，隨著巷道圍巖表面滲透性降低，巷道各部位移都出現增大趨勢，E1方案下，巷道頂板、幫部和底板位移分別為106、104、188 mm，E5方案下，頂板、幫部和底板位移分別為132、135、249 mm，E5方案相對于E1方案三者分別增大了24.5%、29.8%和32.4%，其中巷道底板位移變化最大。