松軟煤幫巷道支護方案的比較研究

楊海軍（開灤荊各莊礦業分公司，河北 唐山 063022）

松軟煤幫巷道支護方案的比較研究

楊海軍
（開灤荊各莊礦業分公司，河北 唐山 063022）

摘 要：由于軟巖具有變形量大，來壓迅速和長期流變等復雜的工程性質和特點，因而軟巖巷道的支護成為了一個難題。根據我國趙莊礦井的具體情況，針對巷道工程地質環境，巷道煤巖體破壞機理分析和比較，來突出松軟煤幫巷道支護方案，相對于傳統的支護方案更具有科學性和可行性。

關鍵詞：巷道支護；機理分析；松軟煤幫

1 巷道工程地質環境

我國巷道支護技術的應用，主要是為了確保礦井的安全性、有效性、快捷性，以此實現礦井生產的高效率。當前煤礦巷道支護的主要形式為錨桿支護。而針對松軟煤幫巷道，給支護技術提出了更多更高的要求，而如果繼續采用錨桿支護技術，將不利于這一類型巷道的支護效果，造成圍巖變形擴大，嚴重損壞支護構件，影響巷道安全。

2 巷道煤巖體破壞機理分析

2.1 巷道無支護條件下破壞機理分析

對破壞機理的研究分析，需要著手應力的分析，依據應力狀態下的極力平衡分析可以得出如下結論，無支護的狀態下，兩幫的極限應力分為垂應力和水平應力，狀態極其不穩定，隨著應力的變化，垂應力達到一定極限狀態時，巷道兩幫發生收縮破壞，使巷幫對底板的支撐能力減弱，導致撓度增加，進而發生頂，底板斷裂的現象，此時煤體的抗壓強度則為零，導致垂應力和水平應力均為零應力狀態產生，從而使深度煤體失去約束，導致巷道圍巖的連鎖式反應，發生失穩的現象。

2.2 支護作用力分析

將法向支護作用用字母P表示，這兩幫處于強度極限時的應力狀態時刻處于變化中，無支護時候的狀態相對比，支護力是法向力提升了，因而導致了切向極限應力提升了。可見，兩幫所能承受的的支承壓力的強弱和支護力息息相關。在支護力P的作用下，當兩幫發生強度破壞，也就是當粘聚力的數值變為0時的應力狀態。由此可知，即便兩幫的單軸抗壓強度的數值為0，巷道進入松動變形的狀態下，通常情況中，在支護力的作用下，巷道仍然可以有一定的負荷承載能力，而且承載能力的強弱和支護力的大小以及兩幫的表面距離成正比例關系。

3 不同方案的支護分析

3.1 模型建立

為了比較不同方案的支護效果，有效的了解巷道變形的破壞狀況，本文將采用建立數值模型，利用數字模擬的辦法，進行直觀的對照和比較。模型的建立以實際情況為基準，并且進行抽象簡化的布局，應用摩爾-庫倫的準則，統一采用界面單元來模擬巖層層面，采用錨桿單元來模擬錨桿。模型的模擬范圍設定為長120m×40.5m，一共將會劃分出4998個單元，模型頂面施加的勻布載荷為標準的P＝12.5MPa，用來代替上面覆蓋的厚500m的土層壓力。應用應力邊界條件，在模型表面均勻的施加垂直壓應力，隨著深度的變化，兩邊則施加與之同步的水平壓應力，下表面的垂直位移固定。相應的數值模型詳見數值模擬圖，如圖1所示。

3.2 模擬方案

為了對巷道不同支護方案的研究和分析，下面分別建立了4種類型的支護方案，其中：

模型一：無支護；

模型二：錨桿支護，頂板位置設6根錨桿，Φ22mm×2000mm，間距為1m，在兩側分別布置5根錨桿，幫錨桿與上方的頂錨桿間距，規格相同；

模型三：錨桿支護，頂板位置設6根錨桿，Φ22mm×2000mm，間距為1m，頂板位置設2根錨索，Φ15.24mm×7000mm，間距為2.4m，兩側分別布置5根錨桿和2根錨索，幫錨桿的上方頂錨桿的間距，規格相同；

模型四：錨桿支護，頂板位置設8根錨桿，Φ22mm×2000mm，間距為1m，頂板位置設2根錨索，Φ15.24mm×7000mm，間距為2.4m，兩側分別布置6根錨桿和2根錨索，幫錨桿的上方頂錨桿的間距，規格相同。

四種方案模型不同，對其結果進行總體分析。

3.3 模擬結果分析

在巷道無支護的的狀態下，隨著巷道掘進的深入，巖層的原巖應力，發生了一定的變化，明顯的重新分布。巷道的頂板也發生了一定程度上的變形和損壞，產生了嚴重的離層現象。而與之相比，模型三和模型四在頂板位移量和兩幫位移量方面分別減少了75%和90%，但是比較模型三和模型四我們也可以很明顯的看出，增加錨桿的數量，并不能很好的減少巷道的變形，但比較兩個模型，模型三更為經濟和實用。

結語

（1）松軟煤幫巷道支護有一定的困難，在實際操作中應采取錨索聯合支護的方案，才能有效的防止巷道變形；

（2）根據上文的數值比較分析，模型三的方案更能有效的防止巷道變形；

（3）從現場礦壓的檢測結果可以看出，采用上述方案中的模型三的設計支護方式，頂板的位移量為57mm，其中在靠近工作一側的位移量的最大數值則為127mm靠近實體煤一側位移量的最大數值則高達106，相當接近模擬數值結果，從另一個角度范陽了數值模型是比較合理可行的，其結果也是比較可信的。

參考文獻

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中圖分類號：TD353

文獻標識碼：A