大埋深井巷锚杆支护影响因素的FLAC分析

倪庆均　倪侃

大埋深井巷锚杆支护影响因素的FLAC分析

倪庆均1,倪侃2

（1.新汶矿业集团良庄煤矿; 2.南华大学核工程学院,山东 新泰 271220）

摘 要：通过对地应力分析，推出有利于8203运煤巷围岩稳定的断面形状，在此基础上，根据围岩变形量以及满足8203运煤巷通风、行人、运输等要求的前提下，确定8203运煤巷合理的断面尺寸。

关键词：大埋深；动态压力；回采巷道；断面形状；断面尺寸

1简介

FLAC是一种用于工程力学计算的显式有限差分程序。内部含有多个力学模型，如摩尔-库仑模型，应变硬化/软化模型，节理模型及双屈服模型等，用以模拟高度非线性，不可逆等地质材料的变形特征。FLAC可以模拟岩层中不连续面，含有4种结构单元，分别为梁、锚杆、桩及支柱单元，并可模拟各种支护构件。

FLAC的求解过程如图1。首先从已知的应力或力，据运动方程导出新的速度和位移，然后由速度导出应变速率，从而求出新的应力。

2数值模拟条件及力学模型

2.1模拟对象

数值模拟良庄煤矿8203综采工作面运输巷。巷道开掘在2#煤层中，顶底板岩层分布和巷道支护断面如图2。开挖方式为炮掘，顶板采用M钢带加长锚固组合锚杆支护。倾斜锚杆为20# -2200，顶板中部锚杆为20#- 2000，排距0.6m。两帮采用φ20mm×2000mm等强螺纹钢锚杆支护。

2.2模拟方案

模拟方案共18个(表1)，分析不同条件下巷道围岩变形和破坏的规律。

3模拟结果及分析

原岩应力状态下，巷道围岩位移和破坏范围都很小。垂直应力与围岩位移关系如 图3（水平应力均为2σ0）。随着垂直应力增加，顶板下沉量和帮位移量都在不断增加，特别是帮位移量增加剧烈，两帮塑性区急剧扩大。可见，垂直应力对巷道两帮煤层的位移和破坏影响最为明显。

水平应力与巷道位移的关系（垂直应力均为2σ0）。随着水平应力增大，巷道顶板下沉量、底臌都明显增加，两帮位移也显著增加，但幅度没有前两者大。拉断区和剪切破坏区迅速扩展至整个直接顶和直接底。两帮煤层的破坏深度没有明显增加，但出现破坏的单元数明显增加，拉断区深度和范围也显著扩大。可见，水平应力是决定巷道顶板岩层变形和破坏的关键因素。

4井下试验

在良庄煤矿8203运输巷，试验了锚杆支护，支护参数与数值模型相同。从井下施工开始进行了长期矿压观测。累计的顶底板移近量为371mm，两帮移近量为423mm。巷道维护状况满足了生产需要。表明FLAC3.3可以比较合理地模拟巷道围岩的大变形和破坏，计算结果有一定的可靠性。

5结论

（1）大埋深井巷锚杆支护设计采用FLAC软件，在解决几何非线性、大变形问题上尤为突出，为煤矿巷道支护设计提供了一个有力工具。

（2）在倾斜或缓倾斜煤层中开掘的矩形或倒梯形巷道中，垂直应力对巷道两帮煤层的位移和破坏影响最为明显，而水平应力是决定巷道顶底板变形和破坏的关键因素。

（3）煤层强度是决定煤帮位移和破坏的关键因素，也明显影响顶板下沉，完整稳定的两帮有利于提高顶板的稳定性。endprint