李世輝，范雪峰，李世領(lǐng)，孫仕元

(淮南礦業(yè)集團，安徽 淮南 232001)

0 前 言

我國能源賦存情況是“富煤缺油少氣”狀況，煤炭資源的高度依賴，促使開采深度不斷增加，受深部高地應(yīng)力與軟弱圍巖的共同作用，深部軟巖巷道圍巖往往呈現(xiàn)出大變形、高地壓、難支護的非線性破壞特征[1-3]。為了合理地進(jìn)行深井軟巖巷道支護設(shè)計與施工，必須確切了解巖土特性及因工程開挖(或建造)引起的巖體應(yīng)力、變形及其破壞的發(fā)展規(guī)律，從而正確評價巖體的穩(wěn)定性，為進(jìn)一步修改、完善工程設(shè)計與施工提供依據(jù)[4-7]。然而，由于巖土工程問題往往十分復(fù)雜，本文采用FLAC3D計算軟件以丁集礦西三采區(qū)地質(zhì)條件為背景，開展不同圍巖應(yīng)力和支護強度下巷道圍巖變形規(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 計算模型構(gòu)建及參數(shù)選取

為研究不同圍巖應(yīng)力、不同支護強度條件下巖石巷道受全長錨固支護作用，本模擬試驗以丁集礦西三采區(qū)集中軌道大巷為背景，進(jìn)行方案對比模擬計算。西三采區(qū)集中軌道大巷斷面為直墻半圓拱形式，模型尺寸為：走向長度200 m，水平長240 m，高度200 m，平均容重γ=2 500 KN/m3。模擬計算過程中對邊界位移進(jìn)行設(shè)置，限制模型的底部垂直位移和模型的側(cè)面水平位移，并施加相對應(yīng)的垂直載荷作用于模型的頂部，以模擬上覆巖層的重量。巷道開挖后，采用cable單元和link單元對錨桿(索)支護進(jìn)行模擬，錨桿支護作用2～2.5 m，錨索支護作用6.3 m，計算至平衡后進(jìn)行巷道開挖。根據(jù)西三采區(qū)集中軌道大巷具體地質(zhì)條件，選取模擬巖層具體參數(shù)如表1所示。

表1 模型巖層屬性

2 不同圍巖應(yīng)力環(huán)境對巷道圍巖支護效果影響規(guī)律

為了分析地應(yīng)力大小對錨桿支護效果的影響，設(shè)計了三種圍巖應(yīng)力環(huán)境方案，其中巷道圍巖應(yīng)力大小分別為15、20、25 MPa，錨桿直徑22 mm，長度2 400 mm，預(yù)緊力90 kN，間排距800 mm×800 mm。模型計算平衡后，不同圍巖應(yīng)力環(huán)境條件下的巷道圍巖圍巖位移變化。

根據(jù)圖1可得，圍巖應(yīng)力5、20、25 MPa下，其他支護條件不變時，隨著圍巖應(yīng)力環(huán)境增大，增大巷道頂幫下沉量和底板底鼓量。隨著圍巖應(yīng)力環(huán)境的增加，巷道頂?shù)装遄冃挝灰屏孔兓厔菖c巷道兩幫變形趨勢基本一致，巷道圍巖應(yīng)力由15 MPa增加至20 MPa時，巷道頂板下沉量由152 mm降為228 mm，巷道底鼓量由140 mm降為202 mm，整體頂?shù)装逡平吭黾恿?7.3%；而巷道圍巖應(yīng)力由20 MPa增加至25 MPa時，巷道頂板下沉量由228 mm降為323 mm，巷道底鼓量由202 mm降為275 mm，整體巷道頂?shù)装逡平吭黾恿?9.1%。

(a)圍巖應(yīng)力5 MPa

3 錨桿支護間排距對巷道圍巖支護效果影響規(guī)律

為了分析錨桿間排距對錨桿支護效果的影響，設(shè)計了四種錨固間排距方案，其中錨桿間排距分別為800×700、800×800、800×900、800 mm×1000 mm，錨桿直徑22 mm，長度2 400 mm，預(yù)緊力90 kN，圍巖應(yīng)力10 MPa。模型計算平衡后，得到不同錨桿幾何尺寸條件下的巷道圍巖垂直應(yīng)力云圖。

從模擬結(jié)果得出，隨著巷道錨桿支護排距的增加，巷道頂?shù)装逦灰屏肯炔粩嘣黾樱?dāng)間排距達(dá)到一定值后，繼續(xù)增加間排距，巷道頂板和底板位移量整體變化不大。由方案一至方案四，錨桿支護排距由700 mm分別增加至800、900、1 000 mm過程中，巷道頂板下沉量由98.3 mm增加至110、115、119 mm，增幅分別為11.9%、16.9%和21%；巷道底鼓量由275 mm增加至281、282、283 mm，增幅分別為2.2%、2.5%和0.29%；可以說明當(dāng)錨桿支護排距為800 mm為巷道錨桿支護排距的拐點，現(xiàn)場錨桿支護排距應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場圍巖條件將其控制在800 mm以下；同時可以看出錨桿排距的增加對巷道頂板下沉量的影響程度高于巷道底鼓量。

4 結(jié) 論

本文以淮南礦區(qū)丁集礦西三采區(qū)巷道為背景，采用FLAC3D軟件數(shù)值模分別對不同圍巖應(yīng)力及錨桿支護間排距等因素對巷道圍巖支護效果影響規(guī)律進(jìn)行研究。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軟巖巷道圍巖變形控制。

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