强矿压显现巷道锚杆支护方案优化设计研究

刘建刚,李志刚,刘小亮（六盘水师范学院,贵州 六盘水 553004）

强矿压显现巷道锚杆支护方案优化设计研究

刘建刚,李志刚,刘小亮
（六盘水师范学院,贵州 六盘水 553004）

贵州六盘水某煤矿2201工作面为背景，利用FLAC2D数值模拟软件计算方法研究矿压显现巷道锚杆支护方案。结果表明：静载条件下，随着锚杆长度的增加，巷道周围的塑性变形区在减少，巷道帮部的应力降低区范围增大，巷道帮部的侧向支承压力向深部转移；随着锚杆长度的增加可以有效的控制巷道顶板两帮的位移。

锚杆;巷道;数值模拟;应力

自50年代锚杆支护提出，在隧道、矿山工程、水利工程及人防工程获得极大的推广和应用。尤其是煤矿巷用锚杆支护理论经过多年探索已取得很大进展。近年来，国内很多学者对锚杆支护技术做了大量的研究与探讨。康红普等[1,2]针对深部开采与受强烈动压影响的两类高应力巷道的特点，在分析目前支护理论与技术存在问题的基础上，提出高预应力、强力支护理论，强调保持围岩完整性的重要性，以及锚杆预应力及其扩散对支护效果的决定性作用，并提出高应力巷道支护设计准则。贵州矿区的煤矿普遍地质条件复杂，加之回采影响，回采巷道更加严重，本论文以贵州六盘水某矿为例，该矿地质条件复杂，埋深大，工作面回采时巷道变形快且变形严重，严重影响工作面安全回采，因而进行锚杆支护研究。

1 工作面概况及模型建立

本数值模拟模型参照贵州六盘水某煤矿2201工作面地质条件，主采煤层为煤3下，煤厚2.51米，2201工作面埋深平均为600m，煤层倾角仅为3°，为近水平煤层，矿井为高瓦斯矿井，煤层易自然，地质条件复杂，工作面附近存在断层。本数值模拟以2201工作面综合地质柱状图为基础，并对其地质条件简化，利用FLACD2D数值模拟软件进行模拟，模型如图1，柱状图如图2。

图1 模拟初始模型示意图

2 支护方案模拟方案

由于强矿压显现的巷道变形比较严重，支护方式的类型及参数至关重要，本次研究我们主要侧重支护参数研究，即锚杆长度研究。支护方案主要研究强矿压显现巷道中不同锚杆长度对围岩稳定性、塑性区分布的影响。具体支护方案如表1所示。

图2 模拟初始模型示意图

3 支护方案模拟结果分析

巷道采用不同长度锚杆支护后，巷道帮部垂直应力曲线如图3所示。

由图3可知，巷道开挖后，巷道帮部出现应力降低区、原岩应力区、应力升高区。采用方案1支护巷道后，应力降低区范围在距离帮部1～4m，应力峰值位于帮部向里5m处；采用方案2支护巷道后，应力降低区范围在距离帮部向里1～7m，应力峰值位于帮部向里10m处；；采用方案3支护巷道后，应力降低区范围在距离帮部1～8m，应力峰值位于帮部向里11m处；由此得出结论：锚杆长度加长后，可增大巷道周围的应力降低区，使应力峰值向深部转移。因此，在静载条件下，随着锚杆长度的增加，巷道周围的塑性变形区在减少，巷道帮部的应力降低区范围增大，巷道帮部的侧向支承压力向深部转移；随着锚杆长度的增加可以有效的控制巷道顶板两帮的位移。

表1 锚杆支护模拟方案

图3 不同支护方案帮部垂直应力曲线

4 小结

本论文分析了不同长度锚杆对强矿压显现巷道支护效果的影响，可知锚杆长度较短时，岩体内无法形成稳定的支护结构；随着锚杆长度的增加，巷道周围的塑性变形区在减少，巷道帮部的应力降低区范围增大，巷道帮部的侧向支承压力向深部转移；随着锚杆长度的增加可以有效的控制巷道顶板和帮部的变形量，该研究对于矿方锚杆优化设计提供理论基础。

[1]康红普．地下开采现代技术理论与实践[M].煤炭工业出版社,2002（06）.

[2]康红普．煤矿巷道锚杆支护技术现状与发展趋势[M].地基基础工程与锚固注浆技术研讨会论文集,2009.

刘建刚（1988-），男，山东昌乐人，硕士，助教，主要从事：采矿工程专业的教学和科研工作。

贵州省教育厅采矿工程重点学科（黔财教[2013]140号）；贵州省矿山压力与岩层控制工程中心：（黔教合KY字[2012]027号）。