大埋深井巷錨桿支護(hù)影響因素的FLAC分析

倪慶均　倪侃

大埋深井巷錨桿支護(hù)影響因素的FLAC分析

倪慶均1,倪侃2

（1.新汶礦業(yè)集團(tuán)良莊煤礦; 2.南華大學(xué)核工程學(xué)院,山東 新泰 271220）

摘 要：通過對(duì)地應(yīng)力分析，推出有利于8203運(yùn)煤巷圍巖穩(wěn)定的斷面形狀，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)圍巖變形量以及滿足8203運(yùn)煤巷通風(fēng)、行人、運(yùn)輸?shù)纫蟮那疤嵯?，確定8203運(yùn)煤巷合理的斷面尺寸。

關(guān)鍵詞：大埋深；動(dòng)態(tài)壓力；回采巷道；斷面形狀；斷面尺寸

1簡(jiǎn)介

FLAC是一種用于工程力學(xué)計(jì)算的顯式有限差分程序。內(nèi)部含有多個(gè)力學(xué)模型，如摩爾-庫(kù)侖模型，應(yīng)變硬化/軟化模型，節(jié)理模型及雙屈服模型等，用以模擬高度非線性，不可逆等地質(zhì)材料的變形特征。FLAC可以模擬巖層中不連續(xù)面，含有4種結(jié)構(gòu)單元，分別為梁、錨桿、樁及支柱單元，并可模擬各種支護(hù)構(gòu)件。

FLAC的求解過程如圖1。首先從已知的應(yīng)力或力，據(jù)運(yùn)動(dòng)方程導(dǎo)出新的速度和位移，然后由速度導(dǎo)出應(yīng)變速率，從而求出新的應(yīng)力。

2數(shù)值模擬條件及力學(xué)模型

2.1模擬對(duì)象

數(shù)值模擬良莊煤礦8203綜采工作面運(yùn)輸巷。巷道開掘在2#煤層中，頂?shù)装鍘r層分布和巷道支護(hù)斷面如圖2。開挖方式為炮掘，頂板采用M鋼帶加長(zhǎng)錨固組合錨桿支護(hù)。傾斜錨桿為20# -2200，頂板中部錨桿為20#- 2000，排距0.6m。兩幫采用φ20mm×2000mm等強(qiáng)螺紋鋼錨桿支護(hù)。

2.2模擬方案

模擬方案共18個(gè)(表1)，分析不同條件下巷道圍巖變形和破壞的規(guī)律。

3模擬結(jié)果及分析

原巖應(yīng)力狀態(tài)下，巷道圍巖位移和破壞范圍都很小。垂直應(yīng)力與圍巖位移關(guān)系如 圖3（水平應(yīng)力均為2σ0）。隨著垂直應(yīng)力增加，頂板下沉量和幫位移量都在不斷增加，特別是幫位移量增加劇烈，兩幫塑性區(qū)急劇擴(kuò)大?？梢姡怪睉?yīng)力對(duì)巷道兩幫煤層的位移和破壞影響最為明顯。

水平應(yīng)力與巷道位移的關(guān)系（垂直應(yīng)力均為2σ0）。隨著水平應(yīng)力增大，巷道頂板下沉量、底臌都明顯增加，兩幫位移也顯著增加，但幅度沒有前兩者大。拉斷區(qū)和剪切破壞區(qū)迅速擴(kuò)展至整個(gè)直接頂和直接底。兩幫煤層的破壞深度沒有明顯增加，但出現(xiàn)破壞的單元數(shù)明顯增加，拉斷區(qū)深度和范圍也顯著擴(kuò)大?？梢姡綉?yīng)力是決定巷道頂板巖層變形和破壞的關(guān)鍵因素。

4井下試驗(yàn)

在良莊煤礦8203運(yùn)輸巷，試驗(yàn)了錨桿支護(hù)，支護(hù)參數(shù)與數(shù)值模型相同。從井下施工開始進(jìn)行了長(zhǎng)期礦壓觀測(cè)。累計(jì)的頂?shù)装逡平繛?71mm，兩幫移近量為423mm。巷道維護(hù)狀況滿足了生產(chǎn)需要。表明FLAC3.3可以比較合理地模擬巷道圍巖的大變形和破壞，計(jì)算結(jié)果有一定的可靠性。

5結(jié)論

（1）大埋深井巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)采用FLAC軟件，在解決幾何非線性、大變形問題上尤為突出，為煤礦巷道支護(hù)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)有力工具。

（2）在傾斜或緩傾斜煤層中開掘的矩形或倒梯形巷道中，垂直應(yīng)力對(duì)巷道兩幫煤層的位移和破壞影響最為明顯，而水平應(yīng)力是決定巷道頂?shù)装遄冃魏推茐牡年P(guān)鍵因素。

（3）煤層強(qiáng)度是決定煤幫位移和破壞的關(guān)鍵因素，也明顯影響頂板下沉，完整穩(wěn)定的兩幫有利于提高頂板的穩(wěn)定性。endprint