深井破碎巷道圍巖控制數(shù)值模擬的方案設(shè)計(jì)

張永舉 謝小平 楊漢林 陶德敏

摘 要：針對(duì)深井破碎巷道圍巖控制的問(wèn)題，為研究深井破碎圍巖巷道圍巖變形規(guī)律及圍巖變形破壞機(jī)理，西翼軌道運(yùn)輸大巷為研究對(duì)象，通過(guò)UDEC數(shù)值模擬軟件，提出巷道圍巖錨桿支護(hù)方案設(shè)計(jì)，為提出相應(yīng)的支護(hù)對(duì)策及可行的支護(hù)方案，并確定相應(yīng)的巷道支護(hù)參數(shù)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：深井;破碎巷道;圍巖控制;數(shù)值模擬

采區(qū)構(gòu)造形態(tài)呈北西向單斜構(gòu)造，向北傾斜，走向北45°西轉(zhuǎn)向東西，傾角淺部稍大在25°左右，一般5～10°;構(gòu)造復(fù)雜程度中等，斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要發(fā)育北北東向、北東向和近東西向三組斷層，均為高角度正斷層，東部以北北東向斷層為主，中部發(fā)育北東向和近東西向斷層，西部以近東西向?yàn)橹?，有巖漿巖侵入煤層;煤層賦存情況比較穩(wěn)定，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含1～3層夾矸。煤層埋深235m左右，厚度3～4m，頂板依次為泥巖與砂巖，底板依次為泥巖與白云質(zhì)巖，煤層頂?shù)装寰C合柱狀圖，如圖1所示。

該巷道原采用U型鋼+錨桿+錨網(wǎng)的支護(hù)方式，U29型鋼的間距為800mm，采用Ф18×2000mm的無(wú)縱肋螺紋鋼式樹(shù)脂金屬錨桿，間排距900mm×900mm，加入2支MSK2335錨固劑。錨梁采用Ф14mm圓鋼點(diǎn)焊而成，規(guī)格3000mm×100mm。巷道圍巖在開(kāi)挖后的很短時(shí)間內(nèi)變得松散破碎，巷道變形主要表現(xiàn)為：

巷道開(kāi)挖初期兩幫移近量大、變形速率大;巷道底臌較大，但底臌現(xiàn)象在巷道開(kāi)挖半個(gè)月后才逐漸顯現(xiàn)出來(lái);巷道半圓拱位置巖石破碎，金屬網(wǎng)發(fā)生破斷導(dǎo)致巖塊掉落現(xiàn)在明顯，嚴(yán)重影響巷道的施工安全;U型鋼棚腿發(fā)生扭曲變形，即使當(dāng)棚距變?yōu)?00mm時(shí)，變形量依舊很大，巷道圍巖難以自穩(wěn)，經(jīng)翻修后，變形依舊很大，維護(hù)成本很高，嚴(yán)重影響了該大巷的掘進(jìn)計(jì)劃。在西翼軌道大巷變形嚴(yán)重段內(nèi)每隔10m建立一個(gè)測(cè)站。主要測(cè)試巷道兩幫移近量，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2所示。

2 破碎巷道數(shù)值模擬

2.1 模型構(gòu)建

根據(jù)目前西翼軌道運(yùn)輸大巷頂板現(xiàn)場(chǎng)鉆孔監(jiān)測(cè)，鉆孔深度約為3m時(shí)會(huì)出現(xiàn)滴水或“出汗”的現(xiàn)象，只要鉆孔深度達(dá)到6m或以上深度時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)大量淋水，大約經(jīng)過(guò)10天之后，淋水量會(huì)顯著變小，近于“出汗”現(xiàn)象，所以，在數(shù)值模擬時(shí)，要考慮

水對(duì)巷道圍巖弱化的作用，并結(jié)合煤巖層的綜合柱狀圖，以確定計(jì)算模型采用摩爾—庫(kù)侖模型。模型巖石的物理力學(xué)參數(shù)是在現(xiàn)場(chǎng)原巖參數(shù)的基礎(chǔ)上確定的。

2.2 數(shù)值模擬方案設(shè)計(jì)

對(duì)比不同錨桿的支護(hù)參數(shù)在圍巖含水條件下巷道的支護(hù)效果，要根據(jù)1408工作面的回風(fēng)巷道地質(zhì)條件，經(jīng)研究設(shè)計(jì)了五個(gè)模擬方案，詳細(xì)設(shè)計(jì)如下：

（1）注漿孔間排距為1600mm×2000m，注漿錨桿規(guī)格為Ф22×2500mm，注漿范圍為1m;U29型鋼支架間排距為700mm;錨桿矩形布置，采用Φ20mm×2200mm的高強(qiáng)度樹(shù)脂錨桿，全長(zhǎng)錨固，錨桿間排距900mm×900mm，錨梁長(zhǎng)度3m。錨網(wǎng)采用Ф6mm鋼筋冷拔網(wǎng)，規(guī)格為1000mm×2000mm，網(wǎng)格尺寸為100mm×100mm;錨索采用Φ17.8mm的鋼絞線，長(zhǎng)度為8000mm，頂部每排打3根錨索，每三排錨桿間打一排錨索，即錨索排距為2700mm。

（2）注漿孔間排距為1600mm×2000m，注漿錨桿規(guī)格為Ф22×2500mm，注漿范圍為2m;U29型鋼支架間排距為700mm;錨桿矩形布置，采用Φ20mm×2200mm的高強(qiáng)度樹(shù)脂錨桿，全長(zhǎng)錨固，錨桿間排距900mm×900mm，錨梁長(zhǎng)度3m。錨網(wǎng)采用Ф6mm鋼筋冷拔網(wǎng)，規(guī)格為1000mm×2000mm，網(wǎng)格尺寸為100mm×100mm;錨索采用Φ17.8mm的鋼絞線，長(zhǎng)度為8000mm，頂部每排打3根錨索，每三排錨桿間打一排錨索，即錨索排距為2700mm。

（3）注漿孔間排距為1600mm×2000m，注漿錨桿規(guī)格為Ф22×2500mm，注漿范圍為1m;U29型鋼支架間排距為700mm;錨桿矩形布置，采用Φ20mm×2200mm的高強(qiáng)度樹(shù)脂錨桿，全長(zhǎng)錨固，錨桿間排距800mm×800mm，錨梁長(zhǎng)度3m。錨網(wǎng)采用Ф6mm鋼筋冷拔網(wǎng)，規(guī)格為1000mm×2000mm，網(wǎng)格尺寸為100mm×100mm;錨索采用Φ17.8mm的鋼絞線，長(zhǎng)度為8000mm，頂部每排打3根錨索，每三排錨桿間打一排錨索，即錨索排距為2400mm。

（4）注漿孔間排距為1600mm×2000m，注漿錨桿規(guī)格為Ф22×2500mm，注漿范圍為2m;U29型鋼支架間排距為700mm;錨桿矩形布置，采用Φ20mm×2200mm的高強(qiáng)度樹(shù)脂錨桿，全長(zhǎng)錨固，錨桿間排距800mm×800mm，錨梁長(zhǎng)度3m。錨網(wǎng)采用Ф6mm鋼筋冷拔網(wǎng)，規(guī)格為1000mm×2000mm，網(wǎng)格尺寸為100mm×100mm;錨索采用Φ17.8mm的鋼絞線，長(zhǎng)度為8000mm，頂部每排打3根錨索，每三排錨桿間打一排錨索，即錨索排距為2400mm。

參考文獻(xiàn)：

[1]張海波，張耀輝.高壓富水條件下破碎巷道鉆孔施工及防治水技術(shù)[J].煤礦安全，2015，48（1）：64-66.

[2]王飛，朱洪利，張建貞.基于流固耦合理論的富水巷道穩(wěn)定性數(shù)值模擬[J].煤礦安全，2016，47（4）：219-212.

[3]李躍文.煤層群沿?cái)鄬庸ぷ髅婊夭上锏榔茐臋C(jī)理及控制技術(shù)[J].煤礦安全，2017，48（2）：97-100.

[4]張鳳巖.大斷面煤巷巷寬效應(yīng)及支護(hù)技術(shù)[J].煤炭工程，2017，49（10）：77-80.

作者簡(jiǎn)介：

張永舉（1996-），男，貴州省六枝特區(qū)人，貴州六盤(pán)水師范學(xué)院礦業(yè)與土木工程學(xué)院采礦工程專業(yè)本科生

通訊作者：謝小平，貴州六盤(pán)水市鐘山區(qū)明湖路六盤(pán)水師范學(xué)院

基金項(xiàng)目：貴州省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（20195200418）