劉建剛,李志剛,劉小亮（六盤水師范學(xué)院,貴州 六盤水 553004）

強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)巷道錨桿支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

劉建剛,李志剛,劉小亮
（六盤水師范學(xué)院,貴州 六盤水 553004）

貴州六盤水某煤礦2201工作面為背景，利用FLAC2D數(shù)值模擬軟件計(jì)算方法研究礦壓顯現(xiàn)巷道錨桿支護(hù)方案。結(jié)果表明：靜載條件下，隨著錨桿長(zhǎng)度的增加，巷道周圍的塑性變形區(qū)在減少，巷道幫部的應(yīng)力降低區(qū)范圍增大，巷道幫部的側(cè)向支承壓力向深部轉(zhuǎn)移；隨著錨桿長(zhǎng)度的增加可以有效的控制巷道頂板兩幫的位移。

錨桿;巷道;數(shù)值模擬;應(yīng)力

自50年代錨桿支護(hù)提出，在隧道、礦山工程、水利工程及人防工程獲得極大的推廣和應(yīng)用。尤其是煤礦巷用錨桿支護(hù)理論經(jīng)過(guò)多年探索已取得很大進(jìn)展。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)錨桿支護(hù)技術(shù)做了大量的研究與探討?？导t普等[1,2]針對(duì)深部開(kāi)采與受強(qiáng)烈動(dòng)壓影響的兩類高應(yīng)力巷道的特點(diǎn)，在分析目前支護(hù)理論與技術(shù)存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力支護(hù)理論，強(qiáng)調(diào)保持圍巖完整性的重要性，以及錨桿預(yù)應(yīng)力及其擴(kuò)散對(duì)支護(hù)效果的決定性作用，并提出高應(yīng)力巷道支護(hù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。貴州礦區(qū)的煤礦普遍地質(zhì)條件復(fù)雜，加之回采影響，回采巷道更加嚴(yán)重，本論文以貴州六盤水某礦為例，該礦地質(zhì)條件復(fù)雜，埋深大，工作面回采時(shí)巷道變形快且變形嚴(yán)重，嚴(yán)重影響工作面安全回采，因而進(jìn)行錨桿支護(hù)研究。

1 工作面概況及模型建立

本數(shù)值模擬模型參照貴州六盤水某煤礦2201工作面地質(zhì)條件，主采煤層為煤3下，煤厚2.51米，2201工作面埋深平均為600m，煤層傾角僅為3°，為近水平煤層，礦井為高瓦斯礦井，煤層易自然，地質(zhì)條件復(fù)雜，工作面附近存在斷層。本數(shù)值模擬以2201工作面綜合地質(zhì)柱狀圖為基礎(chǔ)，并對(duì)其地質(zhì)條件簡(jiǎn)化，利用FLACD2D數(shù)值模擬軟件進(jìn)行模擬，模型如圖1，柱狀圖如圖2。

圖1 模擬初始模型示意圖

2 支護(hù)方案模擬方案

由于強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)的巷道變形比較嚴(yán)重，支護(hù)方式的類型及參數(shù)至關(guān)重要，本次研究我們主要側(cè)重支護(hù)參數(shù)研究，即錨桿長(zhǎng)度研究。支護(hù)方案主要研究強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)巷道中不同錨桿長(zhǎng)度對(duì)圍巖穩(wěn)定性、塑性區(qū)分布的影響。具體支護(hù)方案如表1所示。

圖2 模擬初始模型示意圖

3 支護(hù)方案模擬結(jié)果分析

巷道采用不同長(zhǎng)度錨桿支護(hù)后，巷道幫部垂直應(yīng)力曲線如圖3所示。

由圖3可知，巷道開(kāi)挖后，巷道幫部出現(xiàn)應(yīng)力降低區(qū)、原巖應(yīng)力區(qū)、應(yīng)力升高區(qū)。采用方案1支護(hù)巷道后，應(yīng)力降低區(qū)范圍在距離幫部1～4m，應(yīng)力峰值位于幫部向里5m處；采用方案2支護(hù)巷道后，應(yīng)力降低區(qū)范圍在距離幫部向里1～7m，應(yīng)力峰值位于幫部向里10m處；；采用方案3支護(hù)巷道后，應(yīng)力降低區(qū)范圍在距離幫部1～8m，應(yīng)力峰值位于幫部向里11m處；由此得出結(jié)論：錨桿長(zhǎng)度加長(zhǎng)后，可增大巷道周圍的應(yīng)力降低區(qū)，使應(yīng)力峰值向深部轉(zhuǎn)移。因此，在靜載條件下，隨著錨桿長(zhǎng)度的增加，巷道周圍的塑性變形區(qū)在減少，巷道幫部的應(yīng)力降低區(qū)范圍增大，巷道幫部的側(cè)向支承壓力向深部轉(zhuǎn)移；隨著錨桿長(zhǎng)度的增加可以有效的控制巷道頂板兩幫的位移。

表1 錨桿支護(hù)模擬方案

圖3 不同支護(hù)方案幫部垂直應(yīng)力曲線

4 小結(jié)

本論文分析了不同長(zhǎng)度錨桿對(duì)強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)巷道支護(hù)效果的影響，可知錨桿長(zhǎng)度較短時(shí)，巖體內(nèi)無(wú)法形成穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)；隨著錨桿長(zhǎng)度的增加，巷道周圍的塑性變形區(qū)在減少，巷道幫部的應(yīng)力降低區(qū)范圍增大，巷道幫部的側(cè)向支承壓力向深部轉(zhuǎn)移；隨著錨桿長(zhǎng)度的增加可以有效的控制巷道頂板和幫部的變形量，該研究對(duì)于礦方錨桿優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

[1]康紅普．地下開(kāi)采現(xiàn)代技術(shù)理論與實(shí)踐[M].煤炭工業(yè)出版社,2002（06）.

[2]康紅普．煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[M].地基基礎(chǔ)工程與錨固注漿技術(shù)研討會(huì)論文集,2009.

劉建剛（1988-），男，山東昌樂(lè)人，碩士，助教，主要從事：采礦工程專業(yè)的教學(xué)和科研工作。

貴州省教育廳采礦工程重點(diǎn)學(xué)科（黔財(cái)教[2013]140號(hào)）；貴州省礦山壓力與巖層控制工程中心：（黔教合KY字[2012]027號(hào)）。