深井破碎巷道围岩控制数值模拟的方案设计

张永举 谢小平 杨汉林 陶德敏

摘 要：针对深井破碎巷道围岩控制的问题，为研究深井破碎围岩巷道围岩变形规律及围岩变形破坏机理，西翼轨道运输大巷为研究对象，通过UDEC数值模拟软件，提出巷道围岩锚杆支护方案设计，为提出相应的支护对策及可行的支护方案，并确定相应的巷道支护参数提供理论依据。

关键词：深井;破碎巷道;围岩控制;数值模拟

采区构造形态呈北西向单斜构造，向北倾斜，走向北45°西转向东西，倾角浅部稍大在25°左右，一般5～10°;构造复杂程度中等，断裂构造发育，主要发育北北东向、北东向和近东西向三组断层，均为高角度正断层，东部以北北东向断层为主，中部发育北东向和近东西向断层，西部以近东西向为主，有岩浆岩侵入煤层;煤层赋存情况比较稳定，但其结构复杂，含1～3层夹矸。煤层埋深235m左右，厚度3～4m，顶板依次为泥岩与砂岩，底板依次为泥岩与白云质岩，煤层顶底板综合柱状图，如图1所示。

该巷道原采用U型钢+锚杆+锚网的支护方式，U29型钢的间距为800mm，采用Ф18×2000mm的无纵肋螺纹钢式树脂金属锚杆，间排距900mm×900mm，加入2支MSK2335锚固剂。锚梁采用Ф14mm圆钢点焊而成，规格3000mm×100mm。巷道围岩在开挖后的很短时间内变得松散破碎，巷道变形主要表现为：

巷道开挖初期两帮移近量大、变形速率大;巷道底臌较大，但底臌现象在巷道开挖半个月后才逐渐显现出来;巷道半圆拱位置岩石破碎，金属网发生破断导致岩块掉落现在明显，严重影响巷道的施工安全;U型钢棚腿发生扭曲变形，即使当棚距变为200mm时，变形量依旧很大，巷道围岩难以自稳，经翻修后，变形依旧很大，维护成本很高，严重影响了该大巷的掘进计划。在西翼轨道大巷变形严重段内每隔10m建立一个测站。主要测试巷道两帮移近量，监测结果如图2所示。

2 破碎巷道数值模拟

2.1 模型构建

根据目前西翼轨道运输大巷顶板现场钻孔监测，钻孔深度约为3m时会出现滴水或“出汗”的现象，只要钻孔深度达到6m或以上深度时，才会出现大量淋水，大约经过10天之后，淋水量会显著变小，近于“出汗”现象，所以，在数值模拟时，要考虑

水对巷道围岩弱化的作用，并结合煤岩层的综合柱状图，以确定计算模型采用摩尔—库仑模型。模型岩石的物理力学参数是在现场原岩参数的基础上确定的。

2.2 数值模拟方案设计

对比不同锚杆的支护参数在围岩含水条件下巷道的支护效果，要根据1408工作面的回风巷道地质条件，经研究设计了五个模拟方案，详细设计如下：

（1）注浆孔间排距为1600mm×2000m，注浆锚杆规格为Ф22×2500mm，注浆范围为1m;U29型钢支架间排距为700mm;锚杆矩形布置，采用Φ20mm×2200mm的高强度树脂锚杆，全长锚固，锚杆间排距900mm×900mm，锚梁长度3m。锚网采用Ф6mm钢筋冷拔网，规格为1000mm×2000mm，网格尺寸为100mm×100mm;锚索采用Φ17.8mm的钢绞线，长度为8000mm，顶部每排打3根锚索，每三排锚杆间打一排锚索，即锚索排距为2700mm。

（2）注浆孔间排距为1600mm×2000m，注浆锚杆规格为Ф22×2500mm，注浆范围为2m;U29型钢支架间排距为700mm;锚杆矩形布置，采用Φ20mm×2200mm的高强度树脂锚杆，全长锚固，锚杆间排距900mm×900mm，锚梁长度3m。锚网采用Ф6mm钢筋冷拔网，规格为1000mm×2000mm，网格尺寸为100mm×100mm;锚索采用Φ17.8mm的钢绞线，长度为8000mm，顶部每排打3根錨索，每三排锚杆间打一排锚索，即锚索排距为2700mm。

（3）注浆孔间排距为1600mm×2000m，注浆锚杆规格为Ф22×2500mm，注浆范围为1m;U29型钢支架间排距为700mm;锚杆矩形布置，采用Φ20mm×2200mm的高强度树脂锚杆，全长锚固，锚杆间排距800mm×800mm，锚梁长度3m。锚网采用Ф6mm钢筋冷拔网，规格为1000mm×2000mm，网格尺寸为100mm×100mm;锚索采用Φ17.8mm的钢绞线，长度为8000mm，顶部每排打3根锚索，每三排锚杆间打一排锚索，即锚索排距为2400mm。

（4）注浆孔间排距为1600mm×2000m，注浆锚杆规格为Ф22×2500mm，注浆范围为2m;U29型钢支架间排距为700mm;锚杆矩形布置，采用Φ20mm×2200mm的高强度树脂锚杆，全长锚固，锚杆间排距800mm×800mm，锚梁长度3m。锚网采用Ф6mm钢筋冷拔网，规格为1000mm×2000mm，网格尺寸为100mm×100mm;锚索采用Φ17.8mm的钢绞线，长度为8000mm，顶部每排打3根锚索，每三排锚杆间打一排锚索，即锚索排距为2400mm。

参考文献：

[1]张海波，张耀辉.高压富水条件下破碎巷道钻孔施工及防治水技术[J].煤矿安全，2015，48（1）：64-66.

[2]王飞，朱洪利，张建贞.基于流固耦合理论的富水巷道稳定性数值模拟[J].煤矿安全，2016，47（4）：219-212.

[3]李跃文.煤层群沿断层工作面回采巷道破坏机理及控制技术[J].煤矿安全，2017，48（2）：97-100.

[4]张凤岩.大断面煤巷巷宽效应及支护技术[J].煤炭工程，2017，49（10）：77-80.

作者简介：

张永举（1996-），男，贵州省六枝特区人，贵州六盘水师范学院矿业与土木工程学院采矿工程专业本科生

通讯作者：谢小平，贵州六盘水市钟山区明湖路六盘水师范学院

基金项目：贵州省大学生创新创业训练计划项目（20195200418）