蘆嶺煤礦Ⅲ1024底板巷支護與圍巖類型穩定性分析

張 勇

(安徽省淮北礦業集團股份公司蘆嶺煤礦辦公室，安徽 宿州 234113)

1 工程概況

蘆嶺煤礦Ⅲ1024底板巷施工層位位于10煤層底板，施工區域上距10煤層底板法距10.4～44.1 m，下距一灰頂板15.5～47.8 m。根據資料分析，該區域巖層傾角14°～20°，平均16°，巷道埋深806.7～852 m，該模擬按最大埋深852 m計算。

該巷道施工區域巖性主要為粉砂巖、中粒砂巖及細砂巖。巷道施工區域煤系地層產狀穩定，煤層總體表現為走向北西，傾向北東的單斜構造形態，局部有起伏；10煤層賦存較穩定，結構復雜，10煤層厚度1.99～2.93 m，平均厚2.47 m，為中厚煤層；煤層內發育1層泥巖夾矸，厚度0.42～2.31 m，平均1.30 m。

2 模型設計

根據蘆嶺煤礦Ⅲ1024底板巷采礦地質條件，建立FLAC3D模型如圖1所示，模型尺寸(長×寬×高)=125.2 m×24 m×54 m。模型四周包括底部施加固定邊界條件(即模型底面垂直方向速度為0，模型四周水平方向速度為0)，施加均布荷載到模型頂部，模型計算采用摩爾庫倫(Mohr-Coulomb)屈服強度準則。

圖1 數值模擬模型

根據Ⅲ1024底板巷道圍巖類別，本模型可分為11層：以巷道中心為起點，上方巖層依次為砂巖、泥巖、粉砂巖、泥巖和細砂巖；下方巖層依次為泥巖、粉砂巖、煤、粉砂巖以及砂巖。錨桿和錨索等支護結構材料參數，全部按照礦方原支護方案所采用的參數來計算。考慮到施工現場與室內條件存在差異，對部分巖體力學參數做了相應調整。

3 不同圍巖條件下巷道圍巖穩定性

蘆嶺煤礦Ⅲ1024底板巷道為三心拱型巷道，左、右幫分別采用兩排Φ22 mm長3 m錨桿，頂板布置相同型號錨桿9根，間排距為800 mm×800 mm；頂板平均布置5根Φ22 mm長6.3 m的錨索，排距為1 600 mm。為了更直觀的研究該支護方案下巷道圍巖的穩定性，對三種不同圍巖情況進行模擬分析，分別為砂巖、煤和泥巖巷道。圖2為圍巖為砂巖時巷道的位移云圖，觀察圖2(a)可知，巷道頂板下沉量接近11 mm，底板鼓起接近44 mm，巷道垂直移近量達到55 mm；觀察圖2(b)可知，巷道左、右兩幫變形量相似，接近72 mm，兩幫移近量達到144 mm。由圖2可知，該支護條件下砂巖巷道圍巖穩定程度一般。

(a)垂直位移

(b)水平位移

圖3為圍巖為煤時巷道得位移云圖，觀察圖3(a)可知，巷道頂板下沉量接近19 mm，底板鼓起接近48 mm，巷道垂直移近量達到67 mm；觀察圖3(b)可知，巷道左、右兩幫變形量相似，接近12 mm，兩幫移近量達到24 mm。由上述數據可知，該支護方案下，煤巷的圍巖變形相對穩定。

(a)垂直位移

(b)水平位移

圖4為圍巖為泥巖時巷道的位移云圖，觀察圖4(a)可知，巷道頂板下沉量接近42 mm，底板鼓起接近78 mm，巷道垂直移近量達到120 mm；觀察圖4(b)可知，巷道左、右兩幫變形量相似，接近65 mm，兩幫移近量達到130 mm。

(a)垂直位移

(b)水平位移

根據上述模擬情況可知，三種圍巖情況下巷道圍巖主要以對稱變形為主，該三心拱巷道支護在煤巷中圍巖最為穩定，變形量也最小；砂巖巷道中，左右兩幫移近量最大，因此在該支護條件下，應改善幫部支護，增加錨索或者錨桿的數量；泥巖巷道中，頂底板和兩幫移近量都較大，圍巖破壞也最為嚴重。通過上述對比分析，該支護方案在現場情況下具有良好的支護效果，而對于深部大斷面高地壓軟巖巷道圍巖控制技術具有較好的應用前景。

4 現場支護效果監測分析

為監測支護設計方案對巷道圍巖的控制效果，在Ⅲ1024底板巷道掘進迎頭處對圍巖的表面位移、深部巖層位移進行了監測。采用雙十字布點法安裝液壓枕和多點位移計，將每個基點的讀數記為初始值，之后獲取的新數據減去初始值即為深部各基點的位移量，每隔7 d觀測一次，由監測數據得出斷面圍巖變形曲線，如圖5所示。

圖5 Ⅲ1024底板巷測站圍巖位移圖

從圖5可以看出：測站位置頂板和左幫圍巖的變形量整體較小，而左右兩幫移近量整體大于頂底板移近量，右幫變形和底臌尤為嚴重，觀測初期，巷道圍巖變形速率較大，并逐漸趨于平穩，在觀測80 d后，圍巖位移量基本保持穩定，巷道圍巖變形得到了有效控制。由此分析此段巷道礦壓顯現劇烈的原因為：巷道頂板較為破碎，一次支護后，圍巖應力釋放，圍巖流變現象明顯，支護難度較大。建議掘進施工期間，①根據巷道圍巖變形情況，實施關鍵變形部位采用注漿錨索補償加強支護方案，增強支護結構的剛度和強度，與圍巖形成共同承載的支護體，保障圍巖穩定；②及時臥底，確保巷道斷面滿足需求。

5 結 論

通過對蘆嶺煤礦Ⅲ1024底板巷道的三種不同圍巖形式下支護方案的可靠性數值模擬，得出以下結論。

1)在高地應作用下，相較于三種巷道而言，泥巖巷道變形尤為顯著，尤其巷道底臌較為嚴重，這是由于在巷道開挖過程中兩幫應力集中逐漸下底板下移，導致底板應力過大。

2)隨著巖性的變化，巷道兩幫位移較為顯著，頂底板位移差別不大，兩幫應力區逐漸降低，巷道水平應力回升至原巖應力更加困難，表明該支護方案應當加強幫部支護，從而降低幫部圍巖破碎。

3)在一定程度上，現行支護方案，滿足該巷道工程施工要求，對三心拱巷道支護和圍巖穩定性有效控制提供較好的設計方案。

4)通過現場礦壓監測數據來分析實際巷道圍巖變形情況，并提出改善方案，從而保障巷道圍巖穩定性，達到工程實際要求。

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