吳德義 王 巍

（安徽建筑工業(yè)學(xué)院，安徽 合肥 230022）

1.計(jì)算模型

深部開(kāi)采軟弱圍巖顯著變形,采用普通金屬支架和錨桿支護(hù)難以保持圍巖穩(wěn)定[1，2]，通過(guò)注漿改變軟弱圍巖性質(zhì)可以顯著提高圍巖穩(wěn)定性，注漿效果和注漿深度顯著相關(guān)，為此，必須合理確定注漿深度。圍巖穩(wěn)定性可以通過(guò)圍巖表面容許變形量[3，4]來(lái)判斷，可以通過(guò)分析注漿深度對(duì)圍巖表面變形的影響來(lái)分析其對(duì)圍巖變形穩(wěn)定性影響。本文采用數(shù)值模擬方法分析了不同原巖應(yīng)力作用下注漿深度對(duì)軟弱泥巖圍巖表面變形影響，可以為圍巖注漿合理參數(shù)確定提供依據(jù)。

計(jì)算模型如圖1，模型尺寸為長(zhǎng)×寬=30m×30m，水平方向施加ux方向約束，底部垂直方向施加uy方向約束，上部施加原巖應(yīng)力p0作用。矩形巷道斷面尺寸為長(zhǎng)×寬=4000mm×4000mm，取圍巖注漿深度分別為500mm、1000mm、1500mm、2000mm。圍巖巖性為泥巖，注漿后泥巖性質(zhì)產(chǎn)生了改變，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定泥巖及注漿后泥巖力學(xué)性能參數(shù)如表1。

表1 泥巖及注漿后泥巖力學(xué)性能參數(shù)

圖1 計(jì)算模型

圖2 圍巖表面取點(diǎn)編號(hào)圖示

2.計(jì)算結(jié)果及分析

2.1 計(jì)算結(jié)果

取圖2所示的巷道頂部下沉量最大的第2點(diǎn)、底鼓量最大的第6點(diǎn)、幫部圍巖表面最顯著的第8點(diǎn)，計(jì)算不同注漿深度圍巖表面變形隨原巖應(yīng)力變化。計(jì)算結(jié)果分別如圖3。

圖3 不同注漿深度圍巖表面變形隨原巖應(yīng)力變化

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,圍巖表面變形隨原巖應(yīng)力變化可示為:

式中p0為原巖應(yīng)力；uO,k1,k2為系數(shù)。

依據(jù)式(1)得出的不同注漿深度圍巖表面第2點(diǎn)、第6點(diǎn)及第8點(diǎn)變形隨原巖應(yīng)力變化回歸方程和回歸系數(shù)如表2-4。

表2 圍巖表面第2點(diǎn)變形隨原巖應(yīng)力變化回歸方程及系數(shù)

表3 圍巖表面第6點(diǎn)變形隨原巖應(yīng)力變化回歸

表4 圍巖表面第8點(diǎn)變形隨原巖應(yīng)力變化回歸方程和系數(shù)

根據(jù)回歸方程得出的不同注漿深度圍巖表面變形速率隨原巖應(yīng)力變化如圖4。

圖4 不同注漿深度圍巖表面變形速率隨原巖應(yīng)力變化

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

（1）不同注漿深度，圍巖表面變形隨原巖應(yīng)力變化不同。

由圖3和表2-4可知:當(dāng)注漿深度為500mm時(shí)，圍巖表面變形速率隨原巖應(yīng)力增加而加速增長(zhǎng);當(dāng)注漿深度為2000mm時(shí)，圍巖表面變形隨原巖應(yīng)力變化呈直線(xiàn)關(guān)系。

（2）不同原巖應(yīng)力，注漿深度對(duì)圍巖表面變形影響程度不同。

原巖應(yīng)力P0越小即開(kāi)采深度越淺，注漿深度對(duì)圍巖表面變形影響越小；原巖應(yīng)力P0越大，即開(kāi)采深度越深，注漿深度改變對(duì)圍巖表面變形影響顯著；

矩形巷道表面不同測(cè)點(diǎn)圍巖表面變形及變形增加速率隨原巖應(yīng)力變化結(jié)果表明當(dāng)原巖應(yīng)力P0≤12.0MPa時(shí)，不同注漿深度圍巖表面變形相差不大；當(dāng)原巖應(yīng)力P0＞12.0MPa時(shí)，隨原巖應(yīng)力增加，注漿深度在500-1500mm范圍內(nèi)，隨注漿深度增加圍巖表面變形顯著變化。

（3）存在合理注漿深度，注漿效果最佳。

計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)注漿深度超過(guò)1500mm時(shí)，不同注漿深度，圍巖表面變形隨原巖應(yīng)力變化規(guī)律基本相同。說(shuō)明注漿深度超過(guò)1500mm時(shí)，原圍巖巖性已呈現(xiàn)注漿后圍巖性質(zhì)變形特點(diǎn)，再增加注漿深度并不能改變注漿效果。

（4）不同注漿深度圍巖變形呈現(xiàn)不同特點(diǎn)。

不同注漿深度圍巖表面變形隨原巖應(yīng)力變化反映了不同巖性圍巖表面變形隨原巖應(yīng)力變化。當(dāng)注漿深度小于1000mm，圍巖幫部變形明顯大于頂板下沉，且隨原巖應(yīng)力增加，差別更加明顯；由于兩幫顯著變形造成了明顯底鼓。注漿深度大于1000mm時(shí)，當(dāng)P0≤12.0MPa時(shí)兩幫內(nèi)移、頂板下沉及底板鼓起的量相差不大；但隨原巖應(yīng)力增大，圍巖兩幫和底板變形較頂板變形增加快，頂部變形增長(zhǎng)緩慢。深部軟巖巷道表現(xiàn)為顯著的兩幫變形從而造成明顯底鼓。

3.工程應(yīng)用

安徽新集礦區(qū)新集三礦-550m水平運(yùn)輸巷位于松軟破碎的新集礦區(qū)11-2煤中，并和該礦區(qū)F8、F8及井田邊界斷層相鄰，地質(zhì)條件多變復(fù)雜，構(gòu)造較多，小斷層極為發(fā)育，破壞了煤層的連續(xù)性，造成巖性破碎，層理紊亂。原巷道采用棚距為500mm的梯形棚對(duì)棚支護(hù)，支護(hù)效果不理想，兩幫顯著內(nèi)移，頂板下沉，底板鼓起，由于存在安全隱患和變形后不能滿(mǎn)足使用要求，不得不進(jìn)行翻修，數(shù)次翻修仍不能保持圍巖穩(wěn)定。后改用注漿與梯形棚聯(lián)合支護(hù)，梯形棚間距不變且采用單棚支護(hù)，注漿孔間排距取為1500mm。不同注漿孔深度的圍巖表面變形現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明：當(dāng)注漿孔深度由500mm增加到2000mm時(shí)圍巖表面最大變形由500mm減小到100mm，保持了巷道穩(wěn)定；如果注漿深度繼續(xù)增加，圍巖變形減少并不明顯。合理注漿深度應(yīng)取為2000mm，保證了圍巖變形穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期效果。

4.結(jié)束語(yǔ)

巷道埋置越深，原巖應(yīng)力越大，注漿深度對(duì)圍巖表面變形影響愈為顯著。注漿深度越淺，圍巖表面變形隨原巖應(yīng)力變化愈顯著，當(dāng)注漿深度超過(guò)一定范圍，注漿深度改變對(duì)圍巖表面變形隨原巖應(yīng)力變化影響較小，存在合理注漿深度，注漿效果最為顯著。

[1]吳德義，王愛(ài)蘭，楊蔡君.金屬梯形棚支架棚腿底部合理約束確定[J]. 廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然版），2010,35（2）：199-203.

[2]柏建彪，侯朝炯.深部巷道圍巖控制原理及應(yīng)用研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，35（2）：145-148.

[3]吳德義.新集二礦1608 運(yùn)輸巷復(fù)合頂板離層特點(diǎn)分析及應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，38（8）：18-21.

[4]王爭(zhēng)鳴.新集礦區(qū)錨桿支護(hù)復(fù)合頂板離層穩(wěn)定性分析[J].能源技術(shù)與管理,2009(6):38-40.