复杂地质条件下巷道围岩控制数值模拟分析及应用.pdf

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1、12煤矿支护2013年第2期石家庄中煤杯参评论文复杂地质条件下巷道围岩控制数值模拟分析及应用李登月孙立田王建亭[山东能源肥城矿业集团公司杨营公司，山东济宁272000]摘要在剖析复杂地质条件下巷道围岩性质、应力环境、支护方式性能取向的基础上，对巷道围岩稳定控制机理进行了分析。结合软岩巷道围岩控制理论，提出“锚网喷+混凝土砌碹”(方案I)和“锚网索喷+锚网索棚喷+底板钢梁浇注”(方案Ⅱ)两种支护方案。应用FLAC。。对两种支护方案进行了数值模拟分析，结果表明，方案Ⅱ与方案工相比，最大主应力峰值外移，塑性区减小，围岩承载能力增强，支护受力均匀、合

2、理。采用方案Ⅱ现场性试验表明，巷道支护效果良好，技术上可行，经济上合理，安全上可靠。关键词复杂地质围岩稳定控制数值模拟由于受附近断层构造、冲刷边界及埋深的影1巷道概况响，围岩松软破碎，属于典型的软岩巷道。另外，3100采区水仓与采区泵房、变电所杨营煤矿隶属阳谷一茌平煤田黑虎庙井及采区三条下山集中布置，如图2所示。田，井田范围内埋深600～1200m，区内地层总体呈单斜，构造发育情况受区域构造控制明显，断层较发育，断层落差变化大，相互切割，构造较复杂。岩石名稍枉状图阜度／Ⅱ岩性描述细砂岩lg灰色，有水平层理发育，央薄层泥岩，含少擞檀{势化石梵9

3、魄3汰包融无明剧勰，麴捎图2采区水仓平面布置图3煤25煞色，局孵泥岩央矸，半亮型两萄7伍．韩錾懈删量．屡硼中耗9l24深白色、中粒，成份以石英为主混质瞍结易碎，局部变相为泥岩2水仓围岩稳定影响因素分析毙8深叛包，砌嶷睁塾裂隙发稳中粒砂岩61深白色，中粒，成份以i荚为主、泥质皎结易碎，局部变相为'堀岩2．1围岩性质泥岩n6深翊积目显脯曝潮辩泼尊根据地质资料得知，3100采区水仓围含少翱翻嬲麟耐渚岩较破碎，含有大量的泥岩、砂质泥岩成图1地质柱状图分，强度较低，直接底为砂质泥岩，如果对杨营煤矿3100采区水仓位于采区下部水仓底板不采取有效的支护措施

4、，当顶帮压车场左侧，在泥岩、炭质泥岩和粉砂岩层位力传递到底板时，会容易导致底板产生过大中，如图1所示。水仓设计标高为一753～的塑性变形而底鼓，进而会影响水仓顶帮的一751m，附近有F8断层带及SDF13断层，稳定。2013年第2期煤矿支护132．2应力环境锚杆，问排距为800x800(ram)；锚索采水仓形状为直墙半圆拱，掘进断面设计用直径17．8mm、长6300mm的钢绞线，问为12m。，巷道断面较大，相应的围岩松动排距为1600×1600(mm)；喷浆厚度圈就大。另外，水仓附近的一些辅助巷道，150mm。二次支护时，锚杆采用直径泵房、配

5、水井、吸水井、变电所、变电所回20mm、长2400mm的等强锚杆，间排距为风巷、管子道、3100轨道下山、胶带下山、1000×1000(mm)；锚索采用直径回风下山及联络巷等与之形成了复杂的巷硐17．8ram、长6300mm，问排距为2000×群，水仓围岩存在多重应力叠加，处于复杂1000(ram)；棚采用18槽钢加工制作，每的应力环境中。F8断层带及SDF13断层的棚由3节组成，两节之间搭接长度为存在又会加大水仓围岩与支护体的荷载和应100mm，棚距为1000mm。底板安设直径力集中程度。20ram、长2000mm的等强锚杆，间排距为2．3

6、支护形式1000×1000(ram)；底梁由1l工字钢加工控制围岩流变是选择3100采区水仓支而成。护方式应考虑的重点，围岩流变是软岩巷道失稳的主要因素口。水仓支护方案要保证4数值模拟支护结构有足够的承载能力，确保静动压下的稳定，应尽可能采取主动支护措施，充分为了深入了解水仓围岩的变形情况，应发挥围岩的自承能力，大大提高支护结构的用FLAC如数值分析软件对上述两种方案支护承载力和适应性。状态下巷道的变形情况进行了模拟。本构模型采用Column-mohr模型，平面应变模型3水仓围岩稳定控制分析(宽60m、长60m、厚lm)。边界条件：左右边界水

7、平约束，上边界承受竖直应力3100采区水仓属于典型的软岩巷道。19．75MPa，水平内力为19．75MPa(侧压系巷道开挖以后，围岩强度不断降低，围岩变数入设为1)，底边界为水平和竖直方向约形和破坏具有明显的阶段性特征，各阶段的束，模型前后方向为水平约束，如图3所示。力学性能和强度变化规律各不相同，有针对性地选择加固补强措施，才能维护水仓的长期稳定。需要强调的是，在水仓围岩变形与稳定的过程中，要通过支护结构改善围岩的力学性能，强化围岩结构，以促进围岩稳定，控制围岩变形，实现主动支护，以最经济的方式满足工程需要={]。结合现场条件提出两种支护方

8、案：方案I：一次锚网喷+二次混凝土砌碹图3模型边界条件支护。其中，锚杆采用直径20mm、长为了使数值模拟结果更加接近于工程实2100mm的高强预应力锚杆，间排距为7