浅埋深易风化回采巷道锚杆支护参数优化.pdf

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1、2011年4月矿业安全与环保第38卷第2期浅埋深易风化回采巷道锚杆支护参数优化张春，茅献彪r，倪海敏，李明，李凯(1．中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州221008；2．深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州221116)摘要：针对唐公沟煤矿煤层埋深浅，煤层顶底板岩石抗压强度较低、稳固性较差，以及顶底板岩石易风化破碎，巷道围岩松散的特点，采用数值模拟与现场观测相结合的方法对各煤层回采巷道锚杆支护参数进行了优化研究。结果表明，巷道围岩变形量随着锚杆支护排距的增加近似呈指数规律增加，随锚杆长度的增加近似呈对数

2、规律减小并逐渐趋于平缓；结合矿区已有的支护经验，当锚杆间排距为1000lllm×1000mm，锚杆长度取1．8m时，可取得较好的支护效果。关键词：浅埋深煤层；支护参数；优化；数值模拟；巷道；围岩变形中图分类号：TD353文献标志码：B文章编号：1008—4495(2011)02—0024—04巷道围岩锚杆支护能够充分利用锚杆周围岩体1地质条件的自承能力，显著改善巷道围岩的物理力学性质，节省工程支护材料，从而成为巷道支护工程中经济、有岩体为较坚硬一坚硬层状碎屑岩岩组，该岩组效的加固措施¨j。但由于地下工程介质的复杂性、主

3、要为中、新生代陆相、河湖相侏罗、白垩、三叠系及锚固方式及巷道受力的多样性，必须结合巷道围岩第三系地层，主要岩性为砂岩、砂砾岩、泥岩等。该岩组有以下特点：岩性比较复杂，大多数岩石强度地质条件、巷道埋深、受力特点等，运用系统工程对低，水平层理、大型交错层理发育，局部夹有薄层软支护参数进行优化设计，以取得较好的支护效果，达弱层，岩层出露及浅埋段风化强烈，岩层破碎，岩体到经济可靠的目的。强度极低，在水力作用下极易流失。巷道锚杆支护参数优化的方法主要有：工程类矿区主采4—2巾、5—1上、6—1上煤层(4—2l1煤比法、理论计算法

4、、相似模拟法及数值模拟法J。层为现开采煤层，5—1上及6—1上煤层为待开采煤锚杆支护的诸多参数对巷道围岩的稳定性都存在着层)。直接顶多为中粗粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩，抗不同程度的影响，而要获得这些参数的最佳值，需要压强度1．75～30．O1MPa，属软弱一半坚硬岩层。煤进行大量的实验。笔者以内蒙古金峰矿区唐公沟矿层顶底板岩石抗压强度低，稳固性较差，岩石质量指巷道支护设计为例，采用数值模拟技术，针对煤层埋标(RQD)平均值28．03～83．98，岩石质量状态多为深浅、围岩松散及顶底板岩石易风化破碎的特点，通中等。顶底板岩

5、石易风化破碎，其力学强度大为降过改变巷道断面锚杆间排距、锚杆长度，形成不同的低，加剧了煤层顶底板的不稳定性。本区煤层顶底锚杆支护方案。比较、分析计算结果，结合理论分析板岩石为层状碎屑岩类，多为软弱一半坚硬岩石，力与工程类比，按巷道围岩变形量小、成本低的原则，学强度低、稳定性差，各煤层顶底板岩石物理力学性计算确定锚杆支护的初始方案，为相似地质条件下质特征见表1。巷道支护设计提供参考。2数值计算模型及计算方案2．1计算模型收稿日期：2010—09—25；2010—12—31修订唐公沟煤矿各主采煤层内回采巷道断面为512"1

6、×基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目3．4m的矩形巷道，净断面积17．0m，考虑到锚杆(2007CB209400)；国家自然科学青年基金项目(50904065)；支护排距对巷道围岩支护的影响，数值计算选用国家自然科学基金面上项目(50974107)FLAC如数值模拟软件建立三维模型。模型尺寸大小作者简介：张春(1986一)，男，安徽固镇人，硕士研究生，主要从事岩土工程数值仿真分析研究。E—mail：为48m×24m×48m，巷道置于计算模型中心，巷道zhangchun860310@126．corn。距

7、上边界24m。模型四周约束其水平位移，下边界·24·2011年4月矿业安全与环保12346第7388卷9第2期十煤配t煤岩煤●岩二、煤岩约束其垂直位移，上边界为自由边界并作用覆岩自重P=TH(4—2煤层回采巷道P=1MPa，5—1上煤层回采巷道P=1．38MPa，6—1L煤层回采巷道212121212P=2．5MPa)。共划分233100个六面体单元并在∞如∞∞巷道周围进行网格的局部细化，巷道围岩破坏准则采用摩尔库伦准则。计算中选取的煤层及岩体物理力学参数见表2，4—2中回采巷道计算模型见9292923291212O2

8、520图1∞∞∞∞∞∞∞∞∞图14—2巾煤层回采巷道计算模型表2煤层及岩体物理力学参数层序岩性厚度密度弹性模量抗压强度黏聚力内摩擦角h／m(t／m)、／MPa／MPaC／MPa／(。)28．9OO．194．240．21””∞14．680．199O9OO0O001．930．215．53O．2O3l1Jl312130．880．2112