深井破碎巷道圍巖控制數值模擬的方案設計

張永舉 謝小平 楊漢林 陶德敏

摘 要：針對深井破碎巷道圍巖控制的問題，為研究深井破碎圍巖巷道圍巖變形規律及圍巖變形破壞機理，西翼軌道運輸大巷為研究對象，通過UDEC數值模擬軟件，提出巷道圍巖錨桿支護方案設計，為提出相應的支護對策及可行的支護方案，并確定相應的巷道支護參數提供理論依據。

關鍵詞：深井;破碎巷道;圍巖控制;數值模擬

采區構造形態呈北西向單斜構造，向北傾斜，走向北45°西轉向東西，傾角淺部稍大在25°左右，一般5～10°;構造復雜程度中等，斷裂構造發育，主要發育北北東向、北東向和近東西向三組斷層，均為高角度正斷層，東部以北北東向斷層為主，中部發育北東向和近東西向斷層，西部以近東西向為主，有巖漿巖侵入煤層;煤層賦存情況比較穩定，但其結構復雜，含1～3層夾矸。煤層埋深235m左右，厚度3～4m，頂板依次為泥巖與砂巖，底板依次為泥巖與白云質巖，煤層頂底板綜合柱狀圖，如圖1所示。

該巷道原采用U型鋼+錨桿+錨網的支護方式，U29型鋼的間距為800mm，采用Ф18×2000mm的無縱肋螺紋鋼式樹脂金屬錨桿，間排距900mm×900mm，加入2支MSK2335錨固劑。錨梁采用Ф14mm圓鋼點焊而成，規格3000mm×100mm。巷道圍巖在開挖后的很短時間內變得松散破碎，巷道變形主要表現為：

巷道開挖初期兩幫移近量大、變形速率大;巷道底臌較大，但底臌現象在巷道開挖半個月后才逐漸顯現出來;巷道半圓拱位置巖石破碎，金屬網發生破斷導致巖塊掉落現在明顯，嚴重影響巷道的施工安全;U型鋼棚腿發生扭曲變形，即使當棚距變為200mm時，變形量依舊很大，巷道圍巖難以自穩，經翻修后，變形依舊很大，維護成本很高，嚴重影響了該大巷的掘進計劃。在西翼軌道大巷變形嚴重段內每隔10m建立一個測站。主要測試巷道兩幫移近量，監測結果如圖2所示。

2 破碎巷道數值模擬

2.1 模型構建

根據目前西翼軌道運輸大巷頂板現場鉆孔監測，鉆孔深度約為3m時會出現滴水或“出汗”的現象，只要鉆孔深度達到6m或以上深度時，才會出現大量淋水，大約經過10天之后，淋水量會顯著變小，近于“出汗”現象，所以，在數值模擬時，要考慮

水對巷道圍巖弱化的作用，并結合煤巖層的綜合柱狀圖，以確定計算模型采用摩爾—庫侖模型。模型巖石的物理力學參數是在現場原巖參數的基礎上確定的。

2.2 數值模擬方案設計

對比不同錨桿的支護參數在圍巖含水條件下巷道的支護效果，要根據1408工作面的回風巷道地質條件，經研究設計了五個模擬方案，詳細設計如下：

（1）注漿孔間排距為1600mm×2000m，注漿錨桿規格為Ф22×2500mm，注漿范圍為1m;U29型鋼支架間排距為700mm;錨桿矩形布置，采用Φ20mm×2200mm的高強度樹脂錨桿，全長錨固，錨桿間排距900mm×900mm，錨梁長度3m。錨網采用Ф6mm鋼筋冷拔網，規格為1000mm×2000mm，網格尺寸為100mm×100mm;錨索采用Φ17.8mm的鋼絞線，長度為8000mm，頂部每排打3根錨索，每三排錨桿間打一排錨索，即錨索排距為2700mm。

（2）注漿孔間排距為1600mm×2000m，注漿錨桿規格為Ф22×2500mm，注漿范圍為2m;U29型鋼支架間排距為700mm;錨桿矩形布置，采用Φ20mm×2200mm的高強度樹脂錨桿，全長錨固，錨桿間排距900mm×900mm，錨梁長度3m。錨網采用Ф6mm鋼筋冷拔網，規格為1000mm×2000mm，網格尺寸為100mm×100mm;錨索采用Φ17.8mm的鋼絞線，長度為8000mm，頂部每排打3根錨索，每三排錨桿間打一排錨索，即錨索排距為2700mm。

（3）注漿孔間排距為1600mm×2000m，注漿錨桿規格為Ф22×2500mm，注漿范圍為1m;U29型鋼支架間排距為700mm;錨桿矩形布置，采用Φ20mm×2200mm的高強度樹脂錨桿，全長錨固，錨桿間排距800mm×800mm，錨梁長度3m。錨網采用Ф6mm鋼筋冷拔網，規格為1000mm×2000mm，網格尺寸為100mm×100mm;錨索采用Φ17.8mm的鋼絞線，長度為8000mm，頂部每排打3根錨索，每三排錨桿間打一排錨索，即錨索排距為2400mm。

（4）注漿孔間排距為1600mm×2000m，注漿錨桿規格為Ф22×2500mm，注漿范圍為2m;U29型鋼支架間排距為700mm;錨桿矩形布置，采用Φ20mm×2200mm的高強度樹脂錨桿，全長錨固，錨桿間排距800mm×800mm，錨梁長度3m。錨網采用Ф6mm鋼筋冷拔網，規格為1000mm×2000mm，網格尺寸為100mm×100mm;錨索采用Φ17.8mm的鋼絞線，長度為8000mm，頂部每排打3根錨索，每三排錨桿間打一排錨索，即錨索排距為2400mm。

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作者簡介：

張永舉（1996-），男，貴州省六枝特區人，貴州六盤水師范學院礦業與土木工程學院采礦工程專業本科生

通訊作者：謝小平，貴州六盤水市鐘山區明湖路六盤水師范學院

基金項目：貴州省大學生創新創業訓練計劃項目（20195200418）