沈含波，常利峰

（陜西震奧鼎盛礦業(yè)有限公司，陜西 西安 721000）

巷道支護(hù)一直是地下礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中的重要內(nèi)容，支護(hù)效果決定了巷道使用過(guò)程中的長(zhǎng)期穩(wěn)定，支護(hù)成本是巷道支護(hù)方式中考量的重要因素，國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者對(duì)錨噴支護(hù)進(jìn)行了科學(xué)研究，郭軍杰[1]在郭莊礦三水平回采巷道中進(jìn)行了錨噴支護(hù)提升圍巖承載能力試驗(yàn)，通過(guò)數(shù)值模擬軟件計(jì)算分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)收斂變形相互印證，解決了礦山巷道大變形問(wèn)題；郭海濤[2]針對(duì)弓長(zhǎng)嶺礦山支護(hù)方式與圍巖變形不相符問(wèn)題，改進(jìn)斷面形狀，給出了不同斷面的噴錨網(wǎng)支護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)了礦山安全生產(chǎn)；張小剛[3]采用錨噴支護(hù)方式解決拜什塔木銅礦破碎軟巖巷道鋼拱架支護(hù)效果差及成本高等難題，選擇3種理論方法對(duì)噴射混凝土合理厚度進(jìn)行了計(jì)算，降低礦山成本的基礎(chǔ)上達(dá)到了更好的支護(hù)效果；黃麗[4]對(duì)四種噴漿厚度進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并結(jié)合錨固方式得到了巷道的位移、塑性區(qū)和孔隙水壓的變化規(guī)律。錨噴支護(hù)中噴漿厚度是決定支護(hù)效果與控制成本的重要因素之一，本文基于云南某鉛鋅礦山巷道的錨噴支護(hù)，對(duì)噴漿厚度進(jìn)行數(shù)值模擬研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)成本控制，給出了最優(yōu)噴漿厚度，為礦山巷道支護(hù)提供了理論依據(jù)。

1 數(shù)值模型建立

在巷道圍巖變形數(shù)值模擬計(jì)算方面，采用有限元數(shù)值模擬軟件FLAC3D進(jìn)行三維模型的模擬計(jì)算分析，選用摩爾-庫(kù)倫模型，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分段開(kāi)挖與支護(hù)。

1.1 數(shù)值模型

根據(jù)巖體力學(xué)相關(guān)理論，地下工程開(kāi)挖所引起的受擾動(dòng)的范圍為開(kāi)挖空間的3倍～5倍左右，超過(guò)該范圍的巖體所受影響可以忽略不計(jì)，建立模型長(zhǎng)×寬×高為20m×20m×10m，在FLAC3D中，位移邊界是通過(guò)約束網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的速度實(shí)現(xiàn)的。為滿足計(jì)算精度要求，將巷道周邊的網(wǎng)格適當(dāng)加密。

模型的初始應(yīng)力場(chǎng)主要考慮自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力，模型前后左右及頂部施加應(yīng)力邊界，在模型的左右豎向邊界施加水平位移約束，前后豎向邊界施加水平位移約束，在模型的底部施加豎向位移約束，斷面規(guī)格為3.2m×3.067m（h=2.0m），模型節(jié)點(diǎn)共32769個(gè)，單元數(shù)共29600個(gè)，見(jiàn)圖1。假設(shè)模型巖層與巷道所在的實(shí)際巖層一致，不考慮巖層的結(jié)構(gòu)面、裂隙等的影響（這些影響因素均已在巖體參數(shù)折減過(guò)程中考慮），礦山巷道開(kāi)挖支護(hù)完成后，巖體力學(xué)性質(zhì)的時(shí)間效應(yīng)對(duì)巷道圍巖的力學(xué)影響不作考慮。

1.2 數(shù)值模擬各項(xiàng)參數(shù)

數(shù)值模擬各項(xiàng)巖石力學(xué)參數(shù)均取自礦山生產(chǎn)實(shí)際測(cè)量所得，支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表1，圍巖各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。

根據(jù)礦山實(shí)測(cè)，地應(yīng)力采用水壓致裂法進(jìn)行測(cè)量，為最大主應(yīng)力29.2MPa，最小主應(yīng)力11.8Mpa，垂直主應(yīng)力17.2MPa，最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹45.8°W。

1.3 數(shù)值模擬方案

根據(jù)礦山現(xiàn)有支護(hù)參數(shù)，錨網(wǎng)為1.2m×2.0m，網(wǎng)格間距10cm，錨桿長(zhǎng)度1.8m，錨桿直徑38mm，錨桿類型為管縫式錨桿，錨桿間排距1.0m×1.0m，數(shù)值模擬噴漿厚度分別為60mm、70mm、80mm、90mm、100mm的五種支護(hù)方案。

2 噴漿厚度數(shù)值模擬結(jié)果

選取每個(gè)模型的巷道移近量和塑性區(qū)大小作為評(píng)價(jià)依據(jù)，巷道移近量取巷道頂、底板移近量及兩幫移近量之和，塑性區(qū)體積采用剪切屈服和拉伸屈服的體積之和，模擬結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

根據(jù)數(shù)值模擬試驗(yàn)結(jié)果，噴層厚度從60mm增加到90mm時(shí)巷道移近量、塑性區(qū)體積呈單調(diào)遞減趨勢(shì)，當(dāng)噴層厚度90mm增加到100mm時(shí)，巷道移近量、塑性區(qū)體積反而增加，表明噴層厚度并不是越大越好，噴層作為巷道圍

巖支護(hù)的一種方式，其主要作用為維持巷道表層碎石穩(wěn)定性，防止碎石崩落影響安全。

3 成本效益計(jì)算分析

噴漿支護(hù)中采用C20強(qiáng)度的噴射混凝土，混凝土砂石主要為現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)廢石，影響噴漿成本的主要為32.5的水泥成本，當(dāng)?shù)厮鄡r(jià)格為380元/t，巷道凈斷面3.2m×3.067m，按每米噴漿量從60mm～100mm分別為0.51m3、0.60m3、0.68m3、0.77m3、0.86m3，以巷道移近量評(píng)價(jià)支護(hù)效果，噴漿量與支護(hù)效果對(duì)比分析，見(jiàn)圖2。

圖2 支護(hù)效果與成本綜合分析圖

由圖2可知，噴漿厚度逐漸增加的過(guò)程中，支護(hù)成本逐漸增加，巷道移近量降低，在噴漿厚度80mm時(shí)交叉，為成本最低、支護(hù)效果最好的噴漿厚度。噴漿厚度為90mm時(shí)，支護(hù)效果最好，但噴漿厚度增加10mm，支護(hù)成本增加13.2%，巷道移近量卻只降低9.4%，因此，推薦噴漿厚度為80mm為最佳噴漿厚度。如特殊地段需要加強(qiáng)支護(hù)，推薦噴漿厚度為90mm。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)FLAC3D數(shù)值模擬軟件建模，對(duì)五種支護(hù)方案進(jìn)行數(shù)值模擬研究，表明噴漿厚度從60mm增加到90mm時(shí)巷道移近量、塑性區(qū)面積呈遞減趨勢(shì)，當(dāng)噴層厚度90mm增加到100mm時(shí)，巷道移近量、塑性區(qū)面積反而增加，噴漿厚度并不是越大越好。

（2）通過(guò)噴漿量對(duì)成本影響的計(jì)算，與移近量支護(hù)效果綜合分析，推薦噴漿厚度為80mm為最佳噴漿厚度，節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，達(dá)到支護(hù)效果，為礦山今后此類巷道施工過(guò)程中提供理論依據(jù)。