摘 要：隨著我國(guó)煤炭開(kāi)采深度不斷增大，井下巷道所受的圍巖應(yīng)力也不斷增大，造成巷道底鼓顯現(xiàn)頻發(fā)，文章介紹了對(duì)底角錨桿控制技術(shù)和作用機(jī)理進(jìn)行了相關(guān)的介紹，并通過(guò)應(yīng)用數(shù)值模擬的方法對(duì)深部巷道有無(wú)底角錨桿進(jìn)行了相關(guān)的模擬，模擬結(jié)果顯示通過(guò)施加底角錨桿可以很好的控制巷道底鼓的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：底鼓；底角錨桿；數(shù)值模擬

引言

隨著開(kāi)采深度的增加的，巷道產(chǎn)生底鼓現(xiàn)象也越來(lái)越嚴(yán)重，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的探索來(lái)控制巷道產(chǎn)生底鼓，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是預(yù)防底鼓的產(chǎn)生，可通過(guò)松動(dòng)爆破、切縫卸壓、鉆孔卸壓、可縮性封閉金屬支架、底板打錨桿、錨索調(diào)動(dòng)深部圍巖強(qiáng)度、底板注漿等技術(shù)方法，二個(gè)是對(duì)底鼓巷道進(jìn)行起地，清除鼓起的巖石及煤塊。

1 底角錨桿

1.1 底角錨桿控制技術(shù)

根據(jù)底鼓防治技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表現(xiàn)可以看出，通過(guò)給巷道底板增加底角錨桿，可以對(duì)底板幫角巖體進(jìn)行加固，從而生產(chǎn)加固圈，使底板穩(wěn)定性增加。底角錨桿的作用主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：一是進(jìn)行底角錨桿施工可以分散底角區(qū)應(yīng)力的集中，使圍巖受力條件改變，在底角區(qū)可以形成較高的承載拱，使底角圍巖塑性區(qū)向深部發(fā)展降低，增加了底角區(qū)圍巖的自承能力，降低了兩幫部的塑性變形；二是底角錨桿的施工能夠阻止巷道幫部的塑性滑移線(xiàn)，降低了兩側(cè)幫部的擠壓力，從而有效地控制底鼓。

1.2 底角錨桿的作用機(jī)理

巷道底部圍巖體簡(jiǎn)化成彈塑性介質(zhì)，對(duì)擠壓流動(dòng)性底鼓的速度場(chǎng)和滑移線(xiàn)場(chǎng)的表示如圖1所示。

圖中Ps=γH，Ps為底板受松動(dòng)圍巖的壓力，γ為巖石比重，H為圍巖的松動(dòng)高度；φ為圍巖的內(nèi)摩擦角，a是巷道寬度；b是圍巖的松動(dòng)寬度；A、B為底板圍巖的兩組滑移線(xiàn)，DGCFE線(xiàn)為間斷線(xiàn)。

根據(jù)滑移線(xiàn)的速度場(chǎng)性質(zhì)可推導(dǎo)出：圖1中，△BEF、△ADG分別與x軸成-（4/π-？漬/2），整體移動(dòng)的方向是（4/π-？漬/2），同時(shí)根據(jù)間斷線(xiàn)知，所移動(dòng)的方向與AG、BF垂直。

扇形區(qū)BFC、AGC做整體移動(dòng)的方向徑向法線(xiàn)圍繞A、B兩點(diǎn)。要使圍巖的移動(dòng)方向垂直錨桿軸向，需要在BF、AG直線(xiàn)上布置錨桿。圍巖要進(jìn)行移動(dòng)就必須抵消掉錨桿的繞流阻力。在Ps-P等于繞流阻力時(shí)，巷道底部處在一種極限的平衡狀態(tài)，底鼓就不會(huì)發(fā)生。即便布置在A、B點(diǎn)上的錨桿失去作用，底板中部的移動(dòng)量也遠(yuǎn)大于圍巖對(duì)巷道空間的移動(dòng)量。試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)分析也可以看出用底角的加固技術(shù)來(lái)提高底角的巖體的穩(wěn)定性是可以的，同時(shí)對(duì)于底角穩(wěn)定性來(lái)控制底鼓的支護(hù)理論也是可以行的，對(duì)于治理底鼓效果顯著。

2 數(shù)值模擬

2.1 數(shù)值模型的建立

根據(jù)巷道圍巖賦存特性、巷道地質(zhì)資料及巖石、錨索錨桿、噴砼層的力學(xué)特性，建立模型，該模型的長(zhǎng)*寬*高等于50m×30m×50m，劃分出35210個(gè)單元所形成的結(jié)構(gòu)單元4166個(gè)，節(jié)點(diǎn)39166個(gè)，限制模型側(cè)面的水平移動(dòng)，對(duì)底部進(jìn)行固定，模型上表面添加應(yīng)力邊界，載荷為22MPa，模擬巖層傾角為20°，Mohr-Coulomb準(zhǔn)則作為巖體破壞準(zhǔn)則，建立的模型如圖2，力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1所示。

2.2 巷道力學(xué)分析

2.2.1 無(wú)底角錨桿應(yīng)力場(chǎng)分析

圖3所示為底板應(yīng)力分布圖，右肩部及底板出現(xiàn)3.16MPa的小范圍拉應(yīng)力，別的部分為壓應(yīng)力5.0MPa，肩部及左幫的壓應(yīng)力為25MPa。分析原因可知，是由于底板及右?guī)蛶r石強(qiáng)度低，受到拉應(yīng)力后使圍巖體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度減小。應(yīng)力給深部轉(zhuǎn)移過(guò)程中，由于左幫巖石強(qiáng)度大于所受應(yīng)力，巖石無(wú)法被破壞，造成應(yīng)力集中。

2.2.2 施加底角錨桿應(yīng)力場(chǎng)分析

圖4所示顯示的是施工底角錨桿后巷道圍巖的應(yīng)力分布云圖。對(duì)底角周邊施工錨桿后，根據(jù)底角錨桿的力學(xué)特性影響，巷道兩肩部和底板的壓應(yīng)力分別是25MPa和5MPa，應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移。圖4中顯示兩側(cè)的應(yīng)力影響區(qū)域變小，底板及兩側(cè)所受壓應(yīng)力分別是20MPa和2.5MPa，表明應(yīng)力在向深部移動(dòng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)底角錨桿的控制技術(shù)和相關(guān)原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，并通過(guò)數(shù)值模擬的方法對(duì)深部巷道有無(wú)底角錨桿進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)值模擬，相似模擬得出的結(jié)果說(shuō)明通過(guò)對(duì)底板施工底角錨桿可以使應(yīng)力集中區(qū)向巷道深部移動(dòng)進(jìn)一步減少在巷道底角區(qū)域出現(xiàn)，從而減少?lài)鷰r應(yīng)力對(duì)巷道底板產(chǎn)生的影響。進(jìn)而將巷道底鼓控制在最低的限度內(nèi)，可以有效地控制巷道底鼓的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)

[1]李開(kāi)學(xué)，王宏圖，劉正海.巷道底鼓理論與防治技術(shù)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2008，35（3）：86-88.

[2]曾開(kāi)華，王春光，王桂蓮，等.底角錨桿抗剪特性研究[J].金屬礦山，2009，2：63-66.

[3]楊生彬，何滿(mǎn)潮，劉文濤，等.底角錨桿在深部軟巖巷道底臌控制中的機(jī)制及應(yīng)用研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27（增1）：2913-2920.

[4]李占金，何滿(mǎn)潮，唐強(qiáng)達(dá).高水平應(yīng)力條件下錨網(wǎng)索耦合支護(hù)機(jī)理分析與應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè)，2008，17（7）：65-68.

作者簡(jiǎn)介：馬小豐（1984），男，河南焦作人，助理工程師，2007年本科畢業(yè)于河南理工大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)就職于陜煤彬長(zhǎng)胡家河礦業(yè)有限公司，從事于煤礦安全管理等工作。