预应力锚注技术在深部区域巷道围岩控制中应用

韩少勇(山东能源集团肥城矿业公司工程管理科,山东泰安271600)

1 前言

近年来,矿井开采深度不断延伸,导致矿井掘进巷道围岩应力不断增大,严重影响巷道支护稳定性。原始的巷道支护方式无法满足巷道支护要求。针对高应力围岩支护问题,我国相关领域专家已经做出诸多研究[1-3],并取得一定的研究成果,主要有中空注浆锚杆和高强注浆锚杆,但由于操作较为复杂,施工程序较多,严重影响支护效率。

本文以某矿11034 工作面运输巷掘进为背景,采用预应力锚注技术对巷道进行支护,运用COMSOL 进行了预应力锚注技术应变模拟研究。

2 11034 运输巷概况

11034 工作面长1 129 m,宽186 m,主采煤层3#煤层,岩层中间夹矸,上下分层见夹着一层泥质粉砂岩,顶板为泥岩,底板为泥质粉岩。根据勘查,距离地表最小距离1 300 m,属于典型的埋深大、高应力区域。掘进过程中有少量水渗出,围岩为软岩,支护难度大。煤层柱状图如图1所示。

图1 3#煤层岩层柱状图

3 围岩应变数值模拟研究

假设巷道周围煤岩为均匀介质,巷道顶板粉砂岩、底板泥质粉岩均为均匀介质,岩层内应力分布均匀。所使用软件为有限元软件,模拟介质结构在弹性范围内的应变情况[4-6]。

11034 运输巷巷道断面设计为半圆拱形,COMSOL 模拟所用几何模型和巷道设计断面尺寸为1∶1比例。几何模型如图2所示。

图2 模拟巷道几何模型

3.1 巷道未支护围岩应力分布模拟

巷道未进行支护时,巷道承受的竖直方向的应力为200 MPa,水平方向应力为120 MPa。不同岩层基本参数见表1。……