注浆深度对围岩表面变形影响分析

2012-11-25吴德义

铜陵职业技术学院学报 2012年3期

吴德义王巍

（安徽建筑工业学院，安徽合肥 230022）

1.计算模型

深部开采软弱围岩显著变形,采用普通金属支架和锚杆支护难以保持围岩稳定[1，2]，通过注浆改变软弱围岩性质可以显著提高围岩稳定性，注浆效果和注浆深度显著相关，为此，必须合理确定注浆深度。围岩稳定性可以通过围岩表面容许变形量[3，4]来判断，可以通过分析注浆深度对围岩表面变形的影响来分析其对围岩变形稳定性影响。本文采用数值模拟方法分析了不同原岩应力作用下注浆深度对软弱泥岩围岩表面变形影响，可以为围岩注浆合理参数确定提供依据。

计算模型如图1，模型尺寸为长×宽=30m×30m，水平方向施加ux方向约束，底部垂直方向施加uy方向约束，上部施加原岩应力p0作用。矩形巷道断面尺寸为长×宽=4000mm×4000mm，取围岩注浆深度分别为500mm、1000mm、1500mm、2000mm。围岩岩性为泥岩，注浆后泥岩性质产生了改变，经实验室测定泥岩及注浆后泥岩力学性能参数如表1。

表1 泥岩及注浆后泥岩力学性能参数

图1 计算模型

图2 围岩表面取点编号图示

2.计算结果及分析

2.1 计算结果

取图2所示的巷道顶部下沉量最大的第2点、底鼓量最大的第6点、帮部围岩表面最显著的第8点，计算不同注浆深度围岩表面变形随原岩应力变化。计算结果分别如图3。

图3 不同注浆深度围岩表面变形随原岩应力变化

根据计算结果,围岩表面变形随原岩应力变化可示为:

式中p0为原岩应力；uO,k1,k2为系数。

依据式(1)得出的不同注浆深度围岩表面第2点、第6点及第8点变形随原岩应力变化回归方程和回归系数如表2-4。

表2 围岩表面第2点变形随原岩应力变化回归方程及系数

表3 围岩表面第6点变形随原岩应力变化回归

表4 围岩表面第8点变形随原岩应力变化回归方程和系数

根据回归方程得出的不同注浆深度围岩表面变形速率随原岩应力变化如图4。

图4 不同注浆深度围岩表面变形速率随原岩应力变化

2.2 计算结果分析

（1）不同注浆深度，围岩表面变形随原岩应力变化不同。

由图3和表2-4可知:当注浆深度为500mm时，围岩表面变形速率随原岩应力增加而加速增长;当注浆深度为2000mm时，围岩表面变形随原岩应力变化呈直线关系。

（2）不同原岩应力，注浆深度对围岩表面变形影响程度不同。

原岩应力P0越小即开采深度越浅，注浆深度对围岩表面变形影响越小；原岩应力P0越大，即开采深度越深，注浆深度改变对围岩表面变形影响显著；

矩形巷道表面不同测点围岩表面变形及变形增加速率随原岩应力变化结果表明当原岩应力P0≤12.0MPa时，不同注浆深度围岩表面变形相差不大；当原岩应力P0＞12.0MPa时，随原岩应力增加，注浆深度在500-1500mm范围内，随注浆深度增加围岩表面变形显著变化。

（3）存在合理注浆深度，注浆效果最佳。

计算结果表明：当注浆深度超过1500mm时，不同注浆深度，围岩表面变形随原岩应力变化规律基本相同。说明注浆深度超过1500mm时，原围岩岩性已呈现注浆后围岩性质变形特点，再增加注浆深度并不能改变注浆效果。

（4）不同注浆深度围岩变形呈现不同特点。

不同注浆深度围岩表面变形随原岩应力变化反映了不同岩性围岩表面变形随原岩应力变化。当注浆深度小于1000mm，围岩帮部变形明显大于顶板下沉，且随原岩应力增加，差别更加明显；由于两帮显著变形造成了明显底鼓。注浆深度大于1000mm时，当P0≤12.0MPa时两帮内移、顶板下沉及底板鼓起的量相差不大；但随原岩应力增大，围岩两帮和底板变形较顶板变形增加快，顶部变形增长缓慢。深部软岩巷道表现为显著的两帮变形从而造成明显底鼓。

3.工程应用

安徽新集矿区新集三矿-550m水平运输巷位于松软破碎的新集矿区11-2煤中，并和该矿区F8、F8及井田边界断层相邻，地质条件多变复杂，构造较多，小断层极为发育，破坏了煤层的连续性，造成岩性破碎，层理紊乱。原巷道采用棚距为500mm的梯形棚对棚支护，支护效果不理想，两帮显著内移，顶板下沉，底板鼓起，由于存在安全隐患和变形后不能满足使用要求，不得不进行翻修，数次翻修仍不能保持围岩稳定。后改用注浆与梯形棚联合支护，梯形棚间距不变且采用单棚支护，注浆孔间排距取为1500mm。不同注浆孔深度的围岩表面变形现场实测表明：当注浆孔深度由500mm增加到2000mm时围岩表面最大变形由500mm减小到100mm，保持了巷道稳定；如果注浆深度继续增加，围岩变形减少并不明显。合理注浆深度应取为2000mm，保证了围岩变形稳定，达到了预期效果。