董現(xiàn)忠，胡 冰,李世輝,范雪峰

(淮南礦業(yè)集團，安徽 淮南 232001)

0 前 言

近年來，煤炭的高效開采利用，促使開采深度不斷增加，受深部高地應力與采動擾動共同作用，深部回采巷道圍巖往往呈現(xiàn)出大變形、高地壓、難支護的非線性破壞特征[1-3]。針對深部回采巷道圍巖控制，現(xiàn)場仍然以錨桿-錨索-錨網組合支護為主，往往通過提高預應力和增加支護密度的方式來提高支護強度，但這會對現(xiàn)場施工帶來更大的勞動強度，支護成本也會顯著提高。面對這種情況，很多礦井提出并采用錨桿全長錨固支護的方式來提高支護強度，已經取得了不錯的效果[4-7]。據此本文以淮南礦區(qū)潘三煤礦17102(3)運輸順槽地質條件為背景，開展不同錨固長度對巷道圍巖穩(wěn)定性影響規(guī)律研究，為錨桿全長錨固支護的現(xiàn)場應用提供一定依據和參考。

1 錨固長度對深埋回采巷道穩(wěn)定性的影響研究

1.1 工程概況

潘三煤礦17102(3)工作面地面標高+20.0～+22.8 m，工作面標高-684.4～-752 m，其屬于東四采區(qū)，東起東四采區(qū)-756～-817 m軌道下山，西至17102(3)切眼；該面13-1煤厚3.2～6.2 m，均厚4.0 m。其直接頂為泥巖和13-2煤，平均厚度分別為1.5、0.5 m；老頂為粉砂巖，平均厚度約為3.0 m；直接底為泥巖，平均厚度為2.5 m。17102(3)運順采用錨索網支護，斷面為梯形，凈斷面規(guī)格為：寬×高=5 200 mm×3 300 mm(中寬)。

1.2 計算模型的構建及力學參數選取

模型尺寸為：走向長度300 m，水平長310 m，高度200 m。模型巷道為矩形斷面，巷寬5 m，高4 m，巷道埋深-800 m，平均容重γ=2 500 kN/m3，故對模型頂面施加17.5 MPa的均布載荷用以模擬上覆巖層重量，同時計算過程采取對模型底部垂直位移和模型的側面水平位移進行邊界限制。巷道開挖后，采用cable單元和link單元對錨桿(索)支護進行模擬，錨桿支護作用為2.5～2.8 m，錨索支護作用范圍6.3 m，計算至平衡后進行煤層開挖。

模擬計算所需力學參數來自朱集東煤礦1131(1)工作面覆巖物理力學參數測試，具體如表1所示。

表1 模型巖層屬性

1.3 數值模擬結果分析

分別對錨桿全長錨固和端部錨固兩種工況進行模擬計算，并根據模擬結果沿煤層傾斜方向作剖面，獲得采動擾動下工作面前方5、20、30、60 m處回采巷道圍巖塑性破壞圖，如圖1所示。

(a)5 m

工作面前方60 m處，受采動影響較小時，全長錨固和端頭錨固巷道圍巖塑性破壞范圍大致相同，其中左幫破壞深度約4.5 m，右?guī)图s5.0 m，頂板約3 m，底板約4.5 m；隨著工作面不斷推進，采動擾動加劇，巷道圍巖塑性破壞范圍均不斷增加，在工作面前方30 m處，全長錨固和端頭錨固圍巖變形破壞范圍仍基本一致；而在工作面前方20 m處，兩種工況巷道圍巖塑性破壞深度均有明顯增加，但端頭錨固巷道圍巖塑性破壞范圍明顯高于全長錨固工況，在工作面前方5 m處時，這種現(xiàn)象更加明顯。

對比全長錨固和端頭錨固支護，在工作面前方0～30 m內，隨著工作面回采擾動的加劇，全長錨固支護提高巷道圍巖承載特性的優(yōu)勢明顯體現(xiàn)，巷道圍巖塑性破壞深度增加量明顯降低，巷道圍巖承載能力明顯提高，采用全長錨固支護更有利于回采巷道圍巖的穩(wěn)定控制。

2 工程應用

潘三煤礦17102(3)運輸順槽采用錨梁網索支護形式，從切眼開始400 m范圍采用的為端錨支護，400 m后全為全長錨固。為對比全長錨固和端頭錨固支護效果，于全長錨固區(qū)和端頭錨固區(qū)選取圍巖地質條件大體相同的區(qū)域進行巷道圍巖變形監(jiān)測，選取具有代表性的監(jiān)測數據進行對比分析。如圖2～3所示。

(a)端錨區(qū)

(a)端錨區(qū)

可見，在距工作面約160 m時，端錨區(qū)和全錨區(qū)頂板巖層深部位移均開始增加，說明工作面采動影響范圍約160 m；隨著工作面推進，頂板巖層深部位移持續(xù)增加，其中端錨區(qū)頂板巖層內各點位移增加幅度及速率整體高于全錨區(qū)頂板巖層深部各點位移變化速率，其中端錨區(qū)頂板表面最大下沉量達到355 mm，而全錨區(qū)頂板表面最大下沉量僅為78 mm左右；工作面前方約60 m時，隨著工作面進一步推進，端錨區(qū)頂板深部位移變化速率成倍增加，而全錨區(qū)頂板深部位移變化速率雖有增加但增速變化不大。由此說明采用全長錨固形式支護頂板更有利于對頂板巖層移動控制。

3 結 論

本文以淮南礦區(qū)潘三煤礦17102(3)運輸順槽為背景，分別采用FLAC3D軟件數值模擬及現(xiàn)場實測對比的方式，開展了不同錨桿錨固長度對深部回采巷道圍巖穩(wěn)定性影響特征研究，結果表明全長錨固支護更有利于維持巷道圍巖承載特性提高，錨桿全長錨固支護方式更有利于對深部回采巷道圍巖變形控制。

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