深部巷道錨桿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、葛約薯■ 深 部巷道錨桿支 護(hù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 孔德森 ， 蔣金 泉。( 1大連理X - 大學(xué)． 遼寧 大連1 1 6 0 2 4 ； 2 山東稃技大學(xué)． 山東 泰安2 7 1 0 1 9 )摘 要 ： 針對(duì)深部巷道復(fù)雜的應(yīng)力環(huán)境和多變的圍巖 性質(zhì) ． 對(duì)深部巷道 圍巖 酌穩(wěn)定 特征進(jìn)行 了數(shù)值模擬 分 析 ． 為深部巷道錨桿支護(hù)提供了理論依據(jù) ， 并對(duì) 錨桿支護(hù) 參數(shù)進(jìn)行 了優(yōu) 化設(shè)計(jì) ． 確保 了深部巷道 支護(hù)的最 優(yōu)化和長(zhǎng)期穩(wěn)定 。

2、關(guān)鍵詞 ： 深部巷道 ； 錨桿支護(hù)； 憂化設(shè)計(jì)中圖分類號(hào) T D 3 2 2 一 ． 4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： A文章編號(hào) ： 1 0 0 5 — 2 7 9 8 ( 2 0 0 1 ) 0 6 - 0 0 0 1 - 0 3深部巷道往往處 于復(fù)雜的應(yīng)力環(huán)境中， 圍巖應(yīng) 力分布與礦壓顯現(xiàn)異常 ， 致使巷道不僅在采掘影響 期間圍巖急劇變形， 而且在應(yīng)力分布趨 于穩(wěn)定后仍 保持快速流變 ， 兩幫移近和底鼓 明顯． 失修和嚴(yán)重失 修 的巷道增多 ．

3、巷遭維護(hù)十分困難 ， 且常常出現(xiàn)前掘 后修 、 重復(fù)返修 的現(xiàn)象。深部巷道圍巖穩(wěn)定性控制 已成為當(dāng)今地下工程 中最為復(fù)雜的難題之一 ． 嚴(yán)重 制約著深部 礦井開采的高產(chǎn) 、 高效、 低耗及 安全 生 產(chǎn)， 阻礙著深部開采的健康持續(xù)發(fā)展。因此 ， 有必要 對(duì)深部巷道圍巖進(jìn)行錨桿支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 巷道圍巖支護(hù)效果或穩(wěn)定性不僅與地壓 、 巷道 圍巖的地質(zhì)條件、 圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān) ， 還與錨 桿支護(hù)形式 、 錨桿長(zhǎng)度 、 錨桿 間排距等有很大

4、關(guān)系。采用數(shù)值模擬方法， 對(duì) 汶南煤礦 6 0 0m 水平北石 門拱頂、 兩幫及基角的錨桿布置方式與參數(shù)進(jìn) 行了優(yōu)化研究 ， 從而確定 了有效控制圍巖穩(wěn)定性 的錨桿 布 置方式 。1 圍巖性質(zhì)與地應(yīng)力 波南煤 礦 6 0 0m水平北石門所處巖層為單斜 構(gòu)造， 地質(zhì)條件復(fù)雜 ， 巖性 變化大 ， 穿過巖層最長(zhǎng)的 為粉砂巖與紅層砂巖， 其 次為細(xì)砂巖 、 灰?guī)r、 煤層復(fù) 合巖性地段 ， 其它為斷層破碎帶。圍巖錨桿支護(hù)優(yōu) 化設(shè)計(jì)按照典型巖性地

5、段分段進(jìn)行 ， 選擇 4 種典型 巖性地段 ： 粉砂巖段 、 紅層砂巖段 、 細(xì)砂巖段及 復(fù)合 巖性( 粉砂巖、 泥灰?guī)r 、 煤 1 5 ) 段 。依據(jù) 4 種典型巖性在煤 系地層 中所處的層位 ，經(jīng)巖石力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)測(cè)定 ， 4種典型圍巖 的單向抗 壓強(qiáng)度 ， 見 表 1袁 l 北石門圍巖賦存 狀況與 單向抗壓強(qiáng) 度目巖性質(zhì)位及插述 煤 1 6 底板， 石羹為主， 塊槲 柏 ， 無層理 a g - ( ~ 7細(xì)砂巖 煤 9 老頂，

6、泥質(zhì)睦結(jié)。 。煤 】 2 頊板、 煤 1 1 底板， 泥質(zhì)睦結(jié) 煤 1 6 底扳 含鐵礦結(jié)核， 煤 1 6 頂板 致密堅(jiān) w～糟砂 硬 煤l 5 頂扳 無層理 性瞻 紅砂 巖 喜晶 壤 要 螽 葬《l lt色 粉 砂糟砂巖： 煤 1 5 頂板， 無屜理 ． 性脆 圓 復(fù) ☆性 {nt 致隍 囊囂嚆板粉 睹 ： 古黃鐵礦結(jié)核 ， 性齄無良理 波南煤礦第四系表土層厚度很小 ， 北石門埋深 8 4 0m， 垂直 地應(yīng)力 =

7、7 ／ - ／ =2 ． 6×1 0 I 2 ×8 4 0 =2 1 ． 8MP a 。由地應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果可知， 實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力 與上覆巖層 自重應(yīng)力(H) 一致， 最大主應(yīng)力為水平 應(yīng)力， 其值為垂直應(yīng)力的 1 ． 3 倍 ， 水平構(gòu)造應(yīng)力相 當(dāng)突出 ， 最大水平應(yīng) 力方 向與東西方 向夾 角為 2 6 。 ， 數(shù) 值為 。 =1 ． 3 7 H =2 8 ． 3 4MP a與北 石 門夾角 為7 6， 北石門側(cè) 向水

8、平地應(yīng)力為 =1 ． 3 7 ／ - ／ · s i n 7 6 。 =2 7 ． 5MP a收稿 日 期 ： 2 0 0 1 — 0 9 - 2 4基金項(xiàng) 目： 山東省 自然科 學(xué)基金 ( Q 9 9 F 0 6 ) 和教育部高等學(xué)校骨干教師 計(jì)劃資助 。作者簡(jiǎn)介 ： 孔德森( 1 9 7 7 一) ． 男 ， 山東腺州人 ， 大連理工大學(xué)博士研究生 ， 主要從事樁土相互作用酌研究 。爆 第 1 O卷 第 6期 1維普資訊

9、http://www.cqvip.com ( 2 ) 當(dāng)兩幫錨桿間排距保持 1 ． 0m×0 ． 51 2 1 ，頂部錨桿間排距 降低 為 1 ． 0m×0 ． 7m后 ， 由于側(cè) 向較高水平地應(yīng)力 的作用， 兩幫移近量增加 ， 頂沉量 降低 裹 2 北石 門錨桿支護(hù)參數(shù)匯總 山設(shè)計(jì)及 優(yōu)化 參數(shù) 建說參 數(shù) 由 旺閫排 距 m × 6m 長(zhǎng)度， n 1 問排距 m×m 長(zhǎng)度／ mⅡ粉砂旨 7

10、8 5( i ~)( 1 _0 ．㈣8x0． 7 ]．81 ． 8共一次錨扦 細(xì) 砂 巖： _ I 1 ^ ． O x1 ． 0 c 恍 ( i ~ ；1 , O x O ． 91 ． 6共 一 次 錨 扦一 ～1． 90 ． 6 x 0 ． 61 ． 8 共 斷 虹層砂巖 nl 7： ． v1 ． 0 × 0 ． 5 ( 優(yōu))18一? ? ? 。睹 ( 1 × 0 ) n0? ? ?8 1 I ) x 0

11、 ． 71607瑚 槲篡：麓一廈 煤1 ．O x O ． 5 ( 優(yōu))1 ． 8? ? ? 一 ?，灰?guī)r 由此可見 ， 在深部巷道側(cè) 向水平應(yīng)力較高 、 巷道 圍巖為均一較軟巖性條件下 ， 提高兩幫支護(hù)能力 、 降 低頂部支護(hù)能力是不可取的， 應(yīng)采用均稱支護(hù)方式 ，即周邊等密度 、 等長(zhǎng)度 。紅層砂巖段錨桿合理布置 方式為： 問排距 1 ． 0mx 0 ． 5m， 錨桿長(zhǎng)度 1 ． 81 2 1 。由于紅層砂巖為泥質(zhì)膠結(jié) ， 裂隙發(fā)

12、育 ， 強(qiáng)度低 ，屬松散軟弱巖層。在長(zhǎng)期高地應(yīng)力作用 下， 該巖性 地層的流變變形較大 ， 且錨桿支護(hù)易發(fā)生松馳現(xiàn)象，支護(hù)作用逐漸削弱。因此為了維護(hù)紅層砂巖地段圍 巖的長(zhǎng)期穩(wěn)定性 ， 應(yīng)實(shí)施錨注加固支護(hù) ， 提高圍巖 自身整體穩(wěn)定性。錨索加固支護(hù)效果不理想， 主要原 因?yàn)椋?①紅層 砂巖為松軟巖層 ， 錨索 支護(hù)會(huì)有 明顯 的松馳 現(xiàn)象；②紅層砂巖厚度大 ， 錨索無法在較硬巖層 中錨 固， 而 錨固在紅層砂巖 中， 則因巖體松散破碎、

13、強(qiáng)度低 ， 造 成錨 固力低。3 ． 3 細(xì)砂巖段錨桿布置優(yōu)化 ( 1 )細(xì)砂巖段巖體強(qiáng)度最高 ， 降低錨桿 支護(hù)密 度后 ， 仍能保證 良 好 的支護(hù)效果。( 2 )細(xì) 砂 巖 段 錨 桿 間 排 距 可 由 原 來 的 1 ． 0mx0 ． 5m 下降到 1 ． 0mx( 0 ． 7 ～0 ． 9 )m， 錨桿 長(zhǎng)度由1 ． 8r rF 降到 1 ． 6m。3 ． 4 煤 1 5復(fù)臺(tái)巖性段錨桿布置優(yōu)化 ( 1 ) 當(dāng)煤 l 5 處于

14、巷道兩幫 時(shí)， 兩幫移近量特 別 大 ( 2 ) 當(dāng)煤 1 5 處于兩幫時(shí) ， 兩幫煤 l 5 、 粉砂巖 錨桿 間排距 1 ． 0mx0 ． 5m， 錨桿長(zhǎng)度 1 ． 8m； 兩幫 泥灰?guī)r不 打錨桿 ； 頂 部 粉砂巖 錨桿 間排距 降低 為 1 ． 0mX0 ． 7m 時(shí)， 仍可取得 原布置方式 ( 1 ． 0m×0 ． 5m×1 ． 8m) 的支護(hù)效果。建議降低頂部錨 桿密 度 ， 泥灰?guī)r可不打錨桿。4 結(jié)論與

15、建議 ( 1 ) 作為穿層巷道的石門， 在進(jìn)行穩(wěn)定性分析 及支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)分段進(jìn)行計(jì)算。由于穿過的巖層強(qiáng) 度不一 ， 所 以巷道的穩(wěn)定性特征各異 ， 控制對(duì)策應(yīng) 有針對(duì)性 ， 不能整條 巷道一種支護(hù)參數(shù) ， 但也不 宜 分段過細(xì) 將北石門分為粉砂巖 、 紅層砂巖 、 細(xì)砂巖 和復(fù)合巖性 4 種典型巖性地段較為合理。( 2 ) 進(jìn)行錨桿支護(hù)時(shí)應(yīng) 以保證錨桿密度為主。數(shù)值計(jì)算表明， 錨桿長(zhǎng)度在 1 ． 6 ～2 ． 0m范 圍內(nèi)變化 時(shí)， 對(duì)