摘要：本文結(jié)合古山礦工程地質(zhì)條件，運(yùn)用數(shù)值模擬方法，模擬分析了綜放工作面兩巷圍巖變形破壞特征，總結(jié)出古山礦綜放工作面兩巷圍巖的破壞規(guī)律與破壞特征。

關(guān)鍵詞：煤巷數(shù)值模擬破壞特征

1 綜放工作面兩巷圍巖變形特性

放頂煤工作面兩巷圍巖所在的煤系地層，煤體中存在著許多原生裂隙，對(duì)于實(shí)體煤巷道而言，在受開(kāi)挖和回采影響以前，煤體處于一個(gè)穩(wěn)定的應(yīng)力應(yīng)變環(huán)境中，受掘進(jìn)和回采工作面采動(dòng)影響[1]，巷道表面煤體會(huì)在原生裂隙基礎(chǔ)上產(chǎn)生一些新裂隙，特別是受采動(dòng)影響，在超前支承壓力作用下，巷道圍巖會(huì)產(chǎn)生大量新的裂隙，巷道變形會(huì)相對(duì)比較嚴(yán)重。圍巖變形對(duì)應(yīng)力的反應(yīng)比較敏感，加上煤體強(qiáng)度相對(duì)較低，其結(jié)果是圍巖的變形有兩個(gè)特點(diǎn)[2]：一是變形的程度相對(duì)較大；二是變形以圍巖塊體間的錯(cuò)動(dòng)和擴(kuò)容為主。

2 065-2綜放工作面兩巷工程地質(zhì)條件

2.1 工作面地質(zhì)條件 古山礦三井是該礦主要生產(chǎn)礦井，生產(chǎn)能力60萬(wàn)噸/年?？刹擅簩?-1、6-2，煤層厚度分別為12、24米，傾角平均為22度。煤層頂板為強(qiáng)度較低的白砂巖，底板為砂質(zhì)泥巖，見(jiàn)煤層綜合柱狀圖1。

2.2 支護(hù)方式 工作面兩巷斷面形狀為梯形，凈斷面12平方米，支護(hù)方式為11#工字鋼。受采動(dòng)壓力影響較大，巷道破壞嚴(yán)重，局部冒頂高達(dá)5米左右。已經(jīng)嚴(yán)重影響到礦井的正常安全生產(chǎn)。初步分析其原因是：(①圍巖強(qiáng)度低，其煤質(zhì)較松軟。②圍巖在支護(hù)中起著重要作用，支護(hù)在很大程度上是發(fā)揮圍巖的自承能力，而現(xiàn)有棚式支護(hù)，屬于被動(dòng)支護(hù)不能有效的控制圍巖的變形。③經(jīng)實(shí)測(cè)該礦井最大主應(yīng)力為20MPa，應(yīng)力水平比較高。

3 065-2綜放工作面兩巷圍巖破壞的數(shù)值分析

本文采用有限差分軟件FLAC，對(duì)古山礦梯形斷面11#工字鋼支護(hù)條件下的綜放工作面回采巷道進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，根據(jù)模擬結(jié)果分析總結(jié)出巷道破壞原因。模型依據(jù)巷道的實(shí)際地質(zhì)條件建立，圍巖參數(shù)均為實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試所得。

通過(guò)模擬，獲得了巷道在該支護(hù)條件下的圍巖應(yīng)力圖和巷道表面位移曲線，具體見(jiàn)圖2～圖7。

3.1 應(yīng)力分布特征

圖2為垂直應(yīng)力分布云圖，圖3為水平應(yīng)力分布云圖，由圖兩圖可知，由于巷道的開(kāi)挖，形成一個(gè)空間，其原有應(yīng)力狀態(tài)被改變，由原來(lái)的三向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)閮上驊?yīng)力狀態(tài)，在巷道頂板中心處，垂直應(yīng)力及水平應(yīng)力均表現(xiàn)為零，說(shuō)明在該處的圍巖破壞形式為拉破壞。在距巷道頂板中心1.7處出現(xiàn)大范圍高水平應(yīng)力集中，而垂直應(yīng)力相對(duì)較小，這說(shuō)明在巷道頂板內(nèi)部出現(xiàn)巖層的水平錯(cuò)動(dòng)，即巷道頂板內(nèi)部可能產(chǎn)生離層或發(fā)生剪切破壞。其后應(yīng)力有所降低，至巷頂5m處，圍巖基本不受巷道開(kāi)挖的影響。巷道的四個(gè)角點(diǎn)有明顯的應(yīng)力集中，且應(yīng)力集中應(yīng)力集中系數(shù)達(dá)到2.5，這說(shuō)明梯形斷面巷道拐角處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力集中值大于該處圍巖的強(qiáng)度時(shí)，該處圍巖就會(huì)產(chǎn)生屈服破壞，其破壞的主要形式為剪切破壞。

在巷道底板邊緣處水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力集中程度都比較小，但在底板深處出現(xiàn)大范圍的高水平應(yīng)力集中，并且垂直應(yīng)力相對(duì)要小得多，同樣，此現(xiàn)象說(shuō)明巷道底板也是承受著較大的水平壓應(yīng)力。與頂板所不同的是該巷道沿煤層底板掘進(jìn)，其底板巖層強(qiáng)度高于煤層，所能承受的強(qiáng)度比較大。

對(duì)煤幫而言，從圖中可以看出垂直應(yīng)力在巷幫1～1.5處出現(xiàn)大范圍應(yīng)力集中，應(yīng)力集中系數(shù)為2，而水平應(yīng)力在此范圍內(nèi)其數(shù)值接近或?yàn)榱悖爽F(xiàn)象表面巷幫主要受垂直壓力而產(chǎn)生劈裂破壞，將其由直變曲，改變周邊應(yīng)力的量值和方向，特別是改變危險(xiǎn)部位兩幫中點(diǎn)處圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，其結(jié)果是造成巷道片幫或是棚腿折斷等。

3.2 變形分析 變形是衡量支護(hù)效果和圍巖穩(wěn)定性的主要指標(biāo)之一。前面的分析是的巷道圍巖應(yīng)力分布規(guī)律，而應(yīng)力是圍巖產(chǎn)生變形及位移的根本原因。因此，很有必要對(duì)變形特征進(jìn)行研究，評(píng)價(jià)其支護(hù)性能的好壞。

巷道破壞主要是頂板沿Y軸方向發(fā)生冒頂、幫部沿X軸方向發(fā)生坍塌、底板在地應(yīng)力下發(fā)生底鼓等幾種形式，因此主要看這幾個(gè)方向的位移。

由圖4~7可以很清楚的看到，在采用梯形斷面11#工字鋼支護(hù)時(shí)巷道頂板的位移為110mm，底鼓量為45mm，其兩幫收斂量為130mm，總體上看巷道斷面在收斂，如果再承受采動(dòng)影響，巷道的變形量會(huì)更加嚴(yán)重，以至于不能滿足通風(fēng)、行人和運(yùn)輸?shù)囊螅梢?jiàn)該支護(hù)不能很好的控制巷道變形。

4 結(jié)論與建議

綜上分析可以得出：在現(xiàn)有的支護(hù)條件下，梯形斷面巷道容易形成高應(yīng)力集中，巷道形狀是該巷道破壞的原因之一。此外，所采用的11#工字支護(hù)形式屬于被動(dòng)支護(hù)，不能很好的利用圍巖的自撐能力，不從根本上抑制巷道變形收斂。因此，針對(duì)以上分析建議選擇合理的巷道形狀，采用對(duì)圍巖控制能力較強(qiáng)的錨桿網(wǎng)索支護(hù)形式。

參考文獻(xiàn):

[1]錢鳴高，劉聽(tīng)成.礦山壓力及其控制[M].煤炭工業(yè)出版社.1984.2.

[2]馬念杰，侯朝炯.基采準(zhǔn)巷道礦壓理論及應(yīng)用[M].北京煤炭工業(yè)出版社.1995.