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(yīng)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(wǎng)組合支護為主，往往通過提高預(yù)應(yīng)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(jīng)取得了不錯的效果[4-7]。據(jù)此本文以淮南礦區(qū)潘三煤礦17102(3)運輸順槽地質(zhì)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(yīng)用提供一定依據(jù)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(biāo)高+20.0～+22.8 m，工作面標(biāo)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(wǎng)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(gòu)建及力學(xué)參數(shù)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(cè)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(xué)參數(shù)來自朱集東煤礦1131(1)工作面覆巖物理力學(xué)參數(shù)測試，具體如表1所示。

表1 模型巖層屬性

1.3 數(shù)值模擬結(jié)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(jù)模擬結(jié)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(nèi)，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(yīng)用

潘三煤礦17102(3)運輸順槽采用錨梁網(wǎng)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(zhì)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(shù)據(jù)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(nèi)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(jié) 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(shù)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(jié)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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