大动压巷道锚杆支护技术研究.pdf

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1、2012年6月矿业安全与环保第39卷第3期大动压巷道锚杆支护技术研究王博(宁夏建设职业技术学院，宁夏银川750021)摘要：陕西象山煤矿11504运输巷在回采过程中巷道压力显现明显，维护困难，极大地影响了该工作面回采工作的进度和效率。针对这一复杂情况，将Hoek—Brown强度准则应用于三维显式有限差分法程序FLAC中，对围岩变形、破坏过程进行数值模拟研究，为即将掘进的11505运输巷和回风巷的支护设计提供依据。设计方案经过现场实验及研究取得良好的效果。关键词：煤矿；大动压巷道；锚杆支护；设计参

2、数中图分类号：TD353．6文献标志码：A文章编号：1008—4495(2012)03—0030—03对于地下矿山开采而言，保证巷道开挖与支护面上方形成垮落、断裂、弯曲下沉3个地带，采空区稳定是矿山安全开采的前提。由于工作面的生产活上覆岩体的重量转嫁于采区四周，形成各种状态的动改变了煤层顶底板内的原岩应力分布，引起岩层集中压力带。变形、移动和破坏等一系列矿压现象，给生产带来不因此，动压巷道的支护结构和主要参数不能象利的影响。尤其当巷道上方受采动影响后，在煤壁支护静压巷道只考虑原岩应力场的作用，还

3、必须充前方有一应力增高区，随着采煤工作面的推进，给围分估计巷道受各种采动影响的集中压力的程度及岩带来极大压力，也给下方巷道的支护和维护造成其相应的变形、位移、压力值，并以此为依据全面考极大的困难。因此，了解煤层围岩应力的重新分布虑，选择适当的锚杆(索)支护结构和正确的支护规律，掌握采动破坏特征，是正确指导巷道布置以及参数。煤矿安全生产的主要措施。2实际工况1动压巷道特点11505综采工作面位于象山煤矿北一采区，紧邻大动压巷道的基本特点：在巷道掘进过程中，多11504回采工作面运输巷，开采5煤层。

4、煤层平均数处于原岩应力场中的岩体，一旦受到周围的采动倾角3。，平均厚度3．6m，埋藏深度230—245m。伪影响，在各种集中压力作用下，改变了原岩应力场中顶为薄层状泥岩，厚度0．6～0．8m；直接顶为中细砂的静压状态，应力值突然增大，导致巷道围岩应力的岩，致密坚硬，厚度1．8～2．1m；基本顶为中细粒砂再次或多次重新分布。巷道原有静压状态下的稳定岩，厚度6．0～6．5m；煤层以下为砂质泥岩，厚度平衡被打破，围岩发生显著变形，位移和压力增大，5．2m。该工作面走向长1240m，倾向宽150m，采需

5、要经过应力重新分布达到新的平衡，巷道围岩才高3．6m，循环进度0．8m，日进度2．4m。煤岩参数能重新稳定下来。如果巷道的支护不能适应采动影如表1所示。响带来的应力变化，或未及时采取相应的加固补救表1巷道顶底板岩层物理力学参数措施，则巷道会受到不同程度的破坏，或断面变形，或围岩松动失稳，影响巷道的正常安全使用。随着回采工作面向前推进，由于煤炭大量采出，打破了采区原岩应力静态的平衡状态，在采区工作收稿日期：2011—10—31；2012—03—14修订作者简介：王博(1984一)，男，宁夏银川人，

6、硕士研究生，毕业于西安科技大学，现在宁夏建设职业技术学院任教，主要从事隧道施工及岩土锚固方面的研究工作。·30·2012年6月矿业安全与环保第39卷第3期3数值模拟目前FLAC如模拟煤层开采大多采用的是Mohr—Coulomb材料破坏准则，但是根据大量岩石力学实验证实，岩石破坏后强度明显降低，产生弱化，该准则不能动态地反映岩石破坏时的力学行为，而Hoek—Brown强度准则能够更加客观地反映围岩受采动影响时黏聚力和内摩擦角的变化。在此，以陕西省韩城市象山煤矿动压巷道为研究对象，将Hoek—Bro

7、wn强度准则应用于三维显式有限差分法程序FLAC如中，对动压巷道开挖进行数值模拟研究。图l巷道最大主应力云图3．1Hoek—Brown强度准贝UHoek—Brown强度准则是在分析Grifith理论和修正Griffith理论的基础上，通过分析大量现场岩石试验结果和对岩石抛物线型破坏包络线的系统研究后，总结出的一种描述完整岩块或岩体应力引起破坏的经验关系。此强度准则假定流动法则和破坏准则之间具有某种固定的关系，并且流动法则是各向不同性的。Hoek—Brown准则除适用于结构完整且各向同性的均质岩石

8、外，还适用于碎裂岩体及各向异性的非均质岩体等。该准则能够解释低应力区、拉应力图2巷道最小主应力图区和最小主应力对强度的影响，可以较客观地反映煤岩体受采动影响后强度有所降低这一力学行为高区从岩壁向纵深偏移，当应力集中的强度超过围特征。岩屈服强度时，又将出现新的塑性区，如此逐层推Hoek—Brown强度准则表达式如下：进，使塑性区不断向纵深发展。假如不采取适当支or，=or"4-丽2(1)护措施，临近采空塑性区将随变形加大而出现松动式中：or为岩体破坏时的最大主应力；Or为作用在破坏。岩体上的最小主