龐莊礦深部復(fù)合軟巖巷道綜合支護(hù)數(shù)值模擬研究

摘要：徐礦集團(tuán)龐莊礦75212工作面埋深為1160m，該面地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，屬于深部復(fù)合軟巖。用FLAC3D對75212膠帶石門橫管錨桿網(wǎng)噴漿加錨索綜合支護(hù)方式的不同參數(shù)進(jìn)行模擬和分析，選擇最優(yōu)支護(hù)參數(shù)。由現(xiàn)場礦壓觀測結(jié)果可知，75212膠帶石門橫管支護(hù)效果良好，該支護(hù)方式的參數(shù)是合理的。

關(guān)鍵詞：深部復(fù)合軟巖 膠帶石門橫管 數(shù)值模擬 綜合支護(hù)

75212工作面地應(yīng)力較大，受落差為3.5～4m的大斷層和2條小斷層影響，材料道靠近深部背斜，處于應(yīng)力集中地帶，小構(gòu)造較發(fā)育。膠帶石門橫管掘進(jìn)期間的兩幫相對移近量350～750mm，頂板下沉量100～350mm，底鼓量400～1600mm，屬于深部復(fù)合軟巖。用FLAC3D確定錨網(wǎng)噴加錨索綜合支護(hù)的最優(yōu)參數(shù)，成功解決了深部復(fù)合軟巖巷道的支護(hù)問題。

1 建立FLAC3D模型

根據(jù)巖石力學(xué)原理，掘巷后的應(yīng)力影響范圍約為巷道半徑的5倍左右，故模型水平方向尺寸為60m，垂直方向?yàn)?6m，開挖（Y）方向?yàn)?.8m。考慮到此巷道受地質(zhì)條件和邊界條件的影響，將模型的巷道布置在模型中央，其巷道為寬×高＝4500×3000mm的半圓拱形。巷道所處層位見圖1。各巖層力學(xué)參數(shù)，見表1

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圖1 數(shù)值建模的地質(zhì)范圍圖

表1 75212膠帶石門橫管各巖層力學(xué)參數(shù)

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根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)與采礦理論，將模型上邊界加載，載荷大小-29MPa；水平設(shè)為水平位移約束；Y方向全約束；下邊界設(shè)為垂直位移約束。各模型中水平地應(yīng)力均按16MPa考慮。

2 錨網(wǎng)噴加錨索綜合支護(hù)參數(shù)的選擇

方案一：75212膠帶石門橫管采用Φ24mm、L=2000mm左旋無縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，錨桿間排距900mm×900mm。錨桿角度垂直巷道輪廓，底角錨桿距巷道底板不超過300mm，與巷道底板夾角15°。錨桿碟形鐵托板和異形托盤的規(guī)格為：140×140×10mm。巷道每排中央鋪一片1740mm×940mm電焊平網(wǎng)，兩肩窩各鋪一塊2380mm×940mm電焊平網(wǎng)，下臺階每幫鋪設(shè)一片1740mm×940mm。網(wǎng)與網(wǎng)之間壓茬100～200mm，網(wǎng)與網(wǎng)之間采用扭曲自勾連接。

上、下臺階網(wǎng)與網(wǎng)之間壓茬處采用扭曲自勾或每隔200mm采用14＃鐵絲雙股雙排扣聯(lián)網(wǎng)。上臺階每排布置1根5900×60 mm的鋼帶，下臺階每排兩幫各布置一根1800mm×60mm的鋼帶，上、下臺階鋼帶與鋼帶之間必須壓茬。沿頂板中心線兩側(cè)各布置1根L=5000mm、Φ18.9mm錨索，錨索間排距2250×3600m。

巷道表面采用噴漿支護(hù)，噴漿料配比為水泥：沙子：石子=1：2：2.5，水灰比0.4～0.45速凝劑摻量為水泥重量的3-7%，水泥采用硅酸鹽水泥，標(biāo)號不低于425#，砂子、石子必須清洗。初噴30mm～50mm，網(wǎng)外噴厚20mm～40mm，總噴厚不超過100mm，噴后要經(jīng)常灑水養(yǎng)護(hù)，混凝土強(qiáng)度不低于C20。

圖2為方案一模擬的結(jié)果，垂直方向最大位移在拱形中部，位移量為180~218mm，最小位移在巷道底板中部，位移量為41~80mm。

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圖2 方案一垂直位移圖

方案二：采用Φ24mm、L=2400mm左旋無縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，錨桿間排距為700mm×800mm，錨索規(guī)格為L=5300mm、Φ18.9mm的鋼絞線，錨索間排距2250×3200m，其他支護(hù)參數(shù)同方案一。

圖3為方案二模擬的結(jié)果，垂直方向上最大位移在拱形中部，位移量為50~54mm，最小位移在巷道地板中部，位移量為0~10mm。

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圖3 方案二垂直位移圖

方案三：采用Φ24mm、L=2400mm左旋無縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，錨桿間排距為600mm×700mm，錨索規(guī)格為L=5300mm、Φ18.9 mm的鋼絞線，錨索間排距2250×2800m，其他支護(hù)參數(shù)同方案一。

圖4為方案三模擬結(jié)果，垂直方向上最大位移在拱形中部，

位移量為40~45mm，最小位移在巷道地板中部，位移量為0~

10mm。

比較三個方案的支護(hù)效果，方案一位移量最大，方案二和三位移量相差不多，考慮生產(chǎn)成本的投入，故選方案二為最優(yōu)方案。其支護(hù)斷面圖如圖5所示。

3 礦壓觀測

用方案2的參數(shù)支護(hù)該巷道后，用多點(diǎn)位移計(jì)觀測該巷道圍巖深部各點(diǎn)的最大位移量：距巷道1米處兩幫75mm、頂板85mm；距巷道2米處兩幫60mm、頂板72mm；距巷道3米處兩幫43mm、頂板50mm；距巷道4米處兩幫28mm、頂板37mm；距巷道5米處兩幫18mm、頂板21mm；距巷道6米處兩幫11mm、頂板15mm。

4 結(jié)論

4.1 由現(xiàn)場礦壓觀測結(jié)果可知，用數(shù)值模擬選擇的最優(yōu)支護(hù)參數(shù)是合理的。

4.2 75212膠帶石門橫管采用錨網(wǎng)噴加錨索綜合支護(hù)方案，能夠有效改善應(yīng)力分布，控制巷道變形量，支護(hù)效果良好。

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作者簡介：王廣錫，男，江蘇徐州人，安徽理工大本科，現(xiàn)龐莊礦安監(jiān)部技術(shù)主管。