杨家村矿软岩巷道支护技术研究

李德辉 安冀鸿

摘要：以杨家村矿辅助运输顺槽工程地质条件为研究背景，基于FLAC3D数值模拟软件比较分析不同间排距的围岩塑性区、周边位移变化规律及锚杆锚索的受力情况，结合理论计算和数值模拟分析，最终确立了合理的锚杆锚索间排距并进行现场应用，并利用矿压监测的方法，验证了支护方案的可行性。

Abstract： Taking the engineering geological conditions of the auxiliary transportation along the Yangjiacun Mine as the research background， based on the FLAC3D numerical simulation software， it compares and analyzes the plastic zone of the surrounding rock with different spacings， the change rule in surrounding displacement and the force of the anchor rod and cable， combined with the theory calculation and numerical simulation analysis， finally establishes a reasonable bolt and cable spacing and applies it on site， and verifies the feasibility of the support scheme by using the method of mine pressure monitoring.

關键词：软岩巷道;数值模拟;矿压监测

Key words： soft rock roadway;numerical simulation;mine pressure monitoring

中图分类号：TD353                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）23-0116-02

0  引言

我国煤炭资源丰富，但其赋存的地质条件都相对比较复杂，软岩巷道相比正常的巷道具有变形巨大的特性。鄢朝兴[1]通过实验得出软岩巷道变形的主要原因，并提出了新型支护方式;苑仁鹏[2]针对深井下围岩急剧变形问题提出了复合支护体系，有效控制了围岩变形;张向东[3]、周发陆[4]对断层破碎带的支护方式进行了研究;孟庆彬[5]通过研究软岩巷道围岩松动范围，得出围岩失稳机理并对现有支护方案进行了优化;梁海汀等[6-8]研究了锚杆锚网联合支护方式在软岩巷道中的应用与优化。

杨家村矿41311工作面井下位置位于41采区中西部，北部为井田边界，南部为4-1煤层胶带大巷，西部为实炭区，东部15m为41310胶带运输顺槽。巷道距离地面大约有200m左右，巷道周边围岩较为软弱，顶底板出现不同程度的破坏其周边软岩却难以控制，增加了巷道支护的难度。

1  FLAC3D数值模拟

1.1 力学参数确定

根据现场施工情况，同时结合室内试验要求，采用液压伺服试验机进行了下列测试：①煤岩样巴西劈裂试验;②煤岩样单轴压缩试验;③煤岩样三轴压缩试验，从而得出煤岩样相关物理参数（表1）。

1.2 数值模型设计

模型尺寸为X×Y×Z=200m×8m×62m，一共有15232个单元，19665个节点，巷道的埋置深度定为200m，侧压力系数K设定为1.3，垂直应力SZZ=6.5MPa，水平应力SXX=SYY=8.5MPa，模型上覆岩土层施加6.5MPa边界载荷，具体的模型如图1所示，采用莫尔-库伦本构模型，选取锚杆及锚索不同的排距作为数值分析过程的变量。

为了比较清楚地得到巷道在开挖支护后围岩变形的变化情况，从巷道围岩塑性区、位移场、锚杆锚索受力情况三方面为切入点，综合分析围岩的变形特征，验证支护设计的合理性，并且选取不同锚杆锚索排距进行巷道支护设计的优化模拟分析，最终得到在保证能够稳定控制围岩变形的条件下的最优支护方案。

1.3 计算结果分析

运用FLAC3D软件分别模拟了三种不同锚杆锚索间排距下的围岩塑性区分布范围、巷道周边围岩位移场以及锚杆锚索受力情况，其模拟结果见表2。

根据数值模拟结果分析可知，当锚杆和锚索排距分别设为1m和2m时，锚杆可以使浅处的锚固体的力学特性得到提升，且锚索又锚固在稳定的岩层中，可以充分发挥处于稳定状态的岩层的力学性能及增强围岩抵抗剪拉屈服破坏的能力，使巷道顶板中有效的锚固区域得到加大，控制了塑性区的扩展，使其处于合理的范围内，整体提升了巷道顶部的稳定性。同时，巷道周边的变形在该支护措施的作用下得到了较好地控制，其变形量相比较来说最小，且在底板增加了铺设混凝土垫层的措施，有效地提升了整个支护结构抵抗变形的能力。

2  现场矿压监测及支护效果评价

2.1 现场监测布置

为了检验41311辅助运输顺槽支护方案设计的合理性及可行性，现场分别对巷道的表面位移变化情况、顶层岩层的离层情况及锚杆锚索的轴向拉力进行监测，通过监测结果的分析来验证支护的效果。

现场选取150m的试验巷道，一共布置3个测站进行观测，1号测站位于41311辅助运输顺槽掘进工作面50m处，而后每当掘进工作面向前推进50m布置一测站，依次记为2号测站和3号测站。

2.2 监测结果分析

图2分别为①巷道表面位移曲线、②巷道顶板离层位移曲线、③锚杆（索）受力位移曲线。

根据监测结果分析可知，巷道周边表面位移在支护初期不断地变化，而后达到最大值趋于稳定，但其最大变化值仍属于正常的范围;顶板深部岩层分离情况不是很明显，浅部岩层之间的分离情况比较明显，但整个顶板岩层仍处于较为稳定的状态;锚索及锚杆的轴向拉力在支护初期變化比较大，其整体呈上升的趋势，随着时间的推移而逐渐增大，之后达到一定的峰值处于稳定，均没有其破断时的极限荷载，整体保持了较好的承载能力，同时现场监测的结果与数值模拟分析的结果大致一样。因此，锚杆锚索联合的支护方式可以有效地控制巷道围岩的变形，使支护结构受力整体稳定，维护了巷道的稳定性，并满足了矿井安全生产的要求。

3  结论

①运用数值分析软件FLAC3D，确立了锚杆排距为1m，锚索排距为2m，此时支护结构整体承受荷载的能力较好，保持了巷道围岩的整体稳定性，满足了矿井安全生产的需求。②根据现场监测结果分析可知，巷道周边表面位移在支护初期不断地变化，而后达到最大值趋于稳定，但其最大变化值仍属于正常的范围;锚索及锚杆的轴向拉力在支护初期变化比较大，其整体呈上升的趋势，达到一定的峰值处于稳定状态，整体保持了较好的承载能力。③锚杆锚索联合的支护方式可以有效地控制巷道围岩的变形，使支护结构受力整体稳定，维护了巷道的稳定性，并满足了矿井安全生产的要求。

参考文献：

[1]鄢朝兴，刘勇，康向涛，等.深井软岩巷道双套棚灌浆支护技术研究与应用[J].矿业研究与开发，2019（02）：87-91.

[2]苑仁鹏，孟庆新.千米深井软岩大断面巷道支护技术研究[J].煤矿机械，2018，39（10）：60-62.

[3]张向东，陈海涛，李庆文，蔡赫男，王帅，张哲诚.断层破碎带软岩巷道支护技术[J].辽宁工程技术大学学报，2017，36（11）：1131-1136.

[4]周发陆，齐炎，魏海涛，夏德威，张小刚，刘宁.破碎软岩巷道锚喷网支护的应用[J].矿业研究与开发，2018，38（01）：71-74.

[5]孟庆彬，韩立军，乔卫国，林登阁，文圣勇，张建.泥质弱胶结软岩巷道变形破坏特征与机理分析[J].采矿与安全工程学报，2016，33（06）：1014-1022.

[6]梁海汀，张国勇，马二强，宋建伟，苏楠，李树杰.软岩巷道锚注索联合支护技术应用[J].煤炭技术，2017，36（01）：110-112.

[7]刘立民，张进鹏.软岩巷道预应力锚注支护技术研究与应用[J].煤炭技术，2017，36（01）：9-11.

[8]张文，陶宇.化学注浆复合支护技术在软岩巷道中的应用[J].矿业研究与开发，2016，36（10）：99-102.