煤矿深部巷道锚杆支护优化设计研究

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1、煤矿深部巷道锚杆支护优化设计研究煤矿深部巷道锚杆支护优化设计研究ResearchontheOptimizationDesignofDeepCoalRoadentandchangeablesurroundingrockpropertiesindeeproadericalsimulationanddataanalysistodeeproadetersareoptimized,thusensuringtheoptimizationandlong-termstabilityofthedeeproadine；deeproadizationdesign　　中图分类号：

2、TD322文献标识码：A：1006-4311（2015）20-0110-030引言我们国家经济的不断发展以及人民生活水平的不断提高和发展，离不开煤炭部门的支持，也正是由于我国对煤炭长期大量的需求，浅层地表煤炭资源已经所剩无几了，为了保证煤炭开采的质量和数量，我们现在对于深部巷道的煤炭挖掘需求呈现出越来越大的趋势。然而，深部巷道往往处于复杂的应力环境中，围岩应力分布与矿压显现异常，导致巷道不仅在采掘影响期间围岩急剧变形，而且在应力分布趋于稳定后仍保持快速流变，在两帮进行移动接近的情况下会产生十分明显的底鼓结构，这往往会直接产生前面挖掘后面重修、重复多次返工修

3、理的情况。当前对于整个煤矿地下工程系列来说，其面临的最大挑战是如何控制深部巷道的围岩自身稳定性，同时，这个问题的解决可以直接影响到对于地下深层的矿井开采的可持续程度，对于煤矿开采过程当中的高产高效以及耗能降低有着极其深远的影响，也会直接影响到当前对于煤矿的深部开采持续健康的发展思路。在这种情况下，我们必须对深部的巷道围岩进行必要的优化设计，特别是锚杆部分。影响巷道围岩的自身稳定性的因素有很多，比如地压、围岩的物理力学特点、巷道围岩自身的地质条件等，除此之外，还跟锚杆自身的支护方式、锚杆的长度以及互相之间的间距有着极大的关系干预。我们可以采用数值模拟的思路构

4、建，对于某个煤矿的水平门拱顶、两帮以及基角自身的锚杆设计布置思路进行采树上的构建和优化，从而对围岩自身的稳定性控制以及锚杆的合理优化布置产生良好的影响。1围岩自身的性质以及地应力探索分布本文研究的煤矿岩层其构建主要是呈现出单斜体的构造，其主要的地质条件极其复杂，自身岩体的变化程度也相对较高，对于整个岩层的穿越材料，最长的分布带构建则是粉砂岩或者是红层砂岩，其次是煤层的复合岩体地段构建、灰岩岩体构建和细砂岩岩体构建，其他的构成成分是断层基础之上的破碎带构建。进行围岩的锚杆支护优化思路构建方式我们可以按照最为典型的岩性地段进行分段的进行。根据上文提到的情况，我

5、们可以挑选四种典型岩性地段来讨论，即粉砂岩地段、红层砂岩低段、细砂岩地段和复合岩性地段。根据这四种最为典型的岩性地段在整个当前区域的所处方位构建，经过岩石力学框架构建下的参数试验测量和定性，这四种最为典型的围岩所构建的单向压力抗衡强度可以见表1。从表1可以看出，整个煤矿的第四系表土涂层厚度并不大，整个石门深埋的深度约为840m，因此经过简单计算我们可知其垂直地应力约为22MPa左右。根据地应力的实际测算结果我们可以知道，实际的垂直应力和上面的岩层覆盖的自重应力应该是一致的，因此其主要的应力应该构建为水平应力，根据计算可以知道其主要的值应该是其垂直应力构建下

6、的130%，在这种情况下，水平构造角的应力也应该相当突出。因为其地形构建，其最大的水平应力其形成的方向应该是跟东西方向进行26°的夹角，其主要的数值应该是22*1.3约为28.34MPa，和石门自身的夹角约为76°，那么石门自身的侧向水平地应力的计算就应该是28.34*sin76°=27.5MPa。2基于围岩自身稳定特征构建下的数值模拟思路探索在这种计算的前提下，我们可以采用有限元数值的计算思路，对于石门的粉砂岩段进行模拟和研究，对于其自身的稳定性特征进行了计算，分析和讨论周边岩石的力学位移特征、围岩破坏区域的发育形态构建和整体围岩自身的分布特征。构建整体

7、计算模型岩层组合时可参考巷道的粉砂岩段的实际的岩层柱状，整体的模型宽度和高度都是60m，下部的两个方向位移约束边界x、y为（u=0，v=0），同时两侧岩翼x方向上的位移约束边界的u=0，整体上部构建下的垂直地应力作用下所产生的压强为21.8MPa，而同时整体的水平方向构造的地应力方向则为27.5MPa。2.1围岩应力分布特征探索见图1。整体巷道的顶底板σx处于整体应力的集中状态，σy就处于整体的卸压状态，σx的横向施力作用就成为了当前巷道出现明显的底部鼓出以及顶部的岩石被破坏的主要原因。整个巷道的两帮σy的高度集中，整个盈利的顶峰位置就深入到了巷帮的内部结

8、构当中，σx整体处于一种卸压状态，整条巷道两帮被破坏和移动的主要原