【導(dǎo)讀】朱集礦首采工作面煤（巖）巷礦壓監(jiān)測(cè)。及支護(hù)技術(shù)研究報(bào)告。中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院?；茨系V業(yè)集團(tuán)朱集煤礦。31111工作面軌道底抽巷支護(hù)方案.....

　　

【正文】 與塑性力學(xué)的計(jì)算角度考慮，模型尺寸應(yīng)為工程尺寸的 3~5 倍 (水平方向 )、 2~3 倍 (垂朱集礦首采工作面煤（巖）巷礦壓監(jiān)測(cè)及支護(hù)技術(shù)研究報(bào)告 21 直方向 )，結(jié)合模型本身的計(jì)算方便，以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，建立相應(yīng)的分析模型。模型尺寸長(zhǎng) 寬 =40m40m，巷道寬 高 =。模型的左、右及下邊界均為位移固定約束邊界，上邊界為應(yīng)力邊界 ,按上覆巖層 厚度施加均布載荷。 模型建立時(shí)每個(gè)層位上單元塊體是一致的，網(wǎng)格大小是相同的，為，整個(gè)計(jì)算模型的網(wǎng)格數(shù)目為 200200，共計(jì) 40000 個(gè)網(wǎng)格，如圖 41所示。 圖 41 數(shù)值模擬模型 模擬方案的確定 根據(jù)朱集礦 1111(1)工作面軌道順槽底抽巷的綜合柱狀圖和地質(zhì)資料，巷道圍巖主要為泥巖和砂巖，選擇較難支護(hù)的泥巖巷道進(jìn)行模擬。參考淮南顧橋礦1115(1)工作面沿空留巷參數(shù)，結(jié)合朱集礦 1111(1)工作面運(yùn)輸順槽底抽巷模擬，綜合考慮巷道后期受動(dòng)壓影響，因此采用 錨桿進(jìn)行支 護(hù)，錨桿布置參數(shù)如圖 42 所示。 朱集礦首采工作面煤（巖）巷礦壓監(jiān)測(cè)及支護(hù)技術(shù)研究報(bào)告 22 圖 42 錨桿布置方式 數(shù)值模擬分析 掘進(jìn)階段 未經(jīng)采動(dòng)的巖體，在巷道開掘以前處于彈性變形狀態(tài)，巷道開掘后，引起應(yīng)力重新分布，會(huì)發(fā)生應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，開挖面深處圍巖逐漸由三向應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鎽?yīng)力狀態(tài)。除巷道圍巖表面的單元體外，巷道圍巖總是處于第三向應(yīng)力較弱的應(yīng)力狀態(tài)，而不會(huì)處于絕對(duì)的平面應(yīng)力狀態(tài)。第三向應(yīng)力雖然較弱，但對(duì)圍巖控制具有重要意義。采用 高強(qiáng)長(zhǎng)錨桿及時(shí)支護(hù)，目的在于提高第三向應(yīng)力水平，從而使圍巖保持較高的殘余強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)，阻止了高應(yīng)力 向圍巖深部轉(zhuǎn)移，在巷道周圍出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力集中距巷道周邊距離約 4m(見圖所示 43)，最大為 30MPa，同時(shí)在巷道周邊 0~4m 范圍內(nèi)出現(xiàn)塑性區(qū) (如圖 44 所示 )，塑性區(qū)外圈的應(yīng)力高于原巖應(yīng)力，該區(qū)域內(nèi)的圍巖雖出現(xiàn)了一定程度的塑性破壞，但在三向應(yīng)力作用下，巖體的承載能力較大，應(yīng)力高于原巖應(yīng)力；塑性區(qū)內(nèi)圈 (破碎圈，距巷道周邊 0~2m)應(yīng)力低于原巖應(yīng)力，是伴隨著塑性變形被迫產(chǎn)生的。 朱集礦首采工作面煤（巖）巷礦壓監(jiān)測(cè)及支護(hù)技術(shù)研究報(bào)告 23 圖 43 掘進(jìn)期間圍巖垂直應(yīng)力分布 圖 44 掘進(jìn)期間圍巖塑性區(qū)分布 F L A C (Ve r s i o n 5 . 0 0 ) LEGEND 1 0O ct0 9 1 4:0 7 ste p 9 509 90E + 01 x 1. 990 E+ 01 90E + 01 y 1. 989 E+ 01YY stre ss c ont ours + 07 + 07 + 07 + 07 + 07 + 06 + 00Con tou r int erva l= 5. 00E + 061 . 5 0 01 . 0 0 00 . 5 0 0 0 . 0 0 0 0 . 5 0 0 1 . 0 0 0 1 . 5 0 0(* 1 0 ^ 1 )1 . 5 0 0 1 . 0 0 0 0 . 5 0 0 0 . 0 0 0 0 . 5 0 0 1 . 0 0 0 1 . 5 0 0(* 1 0 ^ 1 )JOB T I T LE : . F L A C (Ve r s i o n 5 . 0 0 ) LEGEND 1 0O ct0 9 1 4:0 7 ste p 9 509 21E + 01 x 1. 821 E+ 01 21E + 01 y 1. 820 E+ 01Grid plo t0 1E 1 Plas ticity I ndic ato r* at yield in shear or vol.X ela stic, at yield in p asto a t yie ld in ten sionstateCon tou r int erva l= 5. 00E 01Minim um : 0 .00 E+ 00Max im um : 3 .00 E+ 001 . 5 0 01 . 0 0 00 . 5 0 0 0 . 0 0 0 0 . 5 0 0 1 . 0 0 0 1 . 5 0 0(* 1 0 ^ 1 )1 . 5 0 0 1 . 0 0 0 0 . 5 0 0 0 . 0 0 0 0 . 5 0 0 1 . 0 0 0 1 . 5 0 0(* 1 0 ^ 1 )JOB T I T LE : . 朱集礦首采工作面煤（巖）巷礦壓監(jiān)測(cè)及支護(hù)技術(shù)研究報(bào)告 24 圖 45 掘進(jìn)期間圍巖位移場(chǎng)分布 圖 46 掘進(jìn)期間巷道四周的變形情況 表 41 巷道掘進(jìn)期間巷道四周最大位移 位移量 頂板下沉量 (mm) 底鼓量 (mm) 左幫移近量 (mm) 右?guī)鸵平? (mm) 掘進(jìn)期間 如圖 4圖 46 和表 41 可以看出，由于采用了 高強(qiáng)長(zhǎng)錨桿，錨固范 F L A C (Ve r s i o n 5 . 0 0 ) LEGEND 1 0O ct0 9 1 4:0 7 ste p 9 509 94E + 00 x 4. 794 E+ 00 00E + 00 y 4. 788 E+ 00Grid plo t0 2E 0 Disp lace m ent vec torssca led to m ax = 3 .00 0E 01m ax vec tor = 9 .88 4E 020 1E 0 4 . 0 0 03 . 0 0 02 . 0 0 01 . 0 0 0 0 . 0 0 0 1 . 0 0 0 2 . 0 0 0 3 . 0 0 0 4 . 0 0 04 . 0 0 0 3 . 0 0 0 2 . 0 0 0 1 . 0 0 0 0 . 0 0 0 1 . 0 0 0 2 . 0 0 0 3 . 0 0 0 4 . 0 0 0JOB T I T LE : . 朱集礦首采工作面煤（巖）巷礦壓監(jiān)測(cè)及支護(hù)技術(shù)研究報(bào)告 25 圍大于圍巖 2m松動(dòng)破壞范圍，限制了淺部圍巖的松動(dòng)變形和剪脹變形，充分利用圍巖的自身的承載能力，阻力圍巖塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)展，巷道位移以巷道周邊1m 范圍為主。模擬過程中對(duì)巷道四周中間位置各設(shè)置了一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，結(jié)果表明圍巖的變形較小，巷道兩幫變形為 ，兩幫變形基本一致，頂?shù)装遄冃螢?，其中底板變形稍大于頂板變形，根本原因?yàn)榈装彘_放，沒有采取針對(duì)性的措施。 總體來說，采用 高強(qiáng)超長(zhǎng)錨桿，控制巷道效果顯著，可以滿足巷道掘進(jìn)期間圍巖穩(wěn)定性要求。 動(dòng)壓影響階段 如圖 47 所示，在 1111(1)工作面回采期間，工作面形成的支承壓力向工作面底板傳播，因此， 1111(1)工作面軌道順槽底抽巷將受到強(qiáng)動(dòng)壓的影響，圍巖應(yīng)力急劇增高，高 應(yīng)力區(qū)和低應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力值較掘進(jìn)期間應(yīng)力值均有很大幅度的提升。最大應(yīng)力位于巷道兩幫約 10m 處，應(yīng)力集中程度系數(shù)達(dá)到 3，應(yīng)力大小為60MPa，但在巷道頂板和底板應(yīng)力相對(duì)較小，為 30MPa，與此同時(shí)高應(yīng)力和低應(yīng)力區(qū)的范圍也有不同程度的增大。 圖 47 動(dòng)壓影響期間垂直應(yīng)力分布 掘進(jìn)期間的支護(hù)強(qiáng)度使第三向應(yīng)力水平有所提高，但相對(duì)于急劇升高的圍巖壓力來說，第三向應(yīng)力水平很低，圍巖的破壞程度很高，其殘余強(qiáng)度不斷降低，導(dǎo)致高應(yīng)力向圍巖深部轉(zhuǎn)移，圍巖破壞范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，與此同時(shí)圍巖的塑性區(qū) F L A C (Ve r s i o n 5 . 0 0 ) LEGEND 1 0O ct0 9 1 6:4 7 ste p 25 641 90E + 01 x 1. 990 E+ 01 90E + 01 y 1. 989 E+ 01YY stre ss c ont ours + 07 + 07 + 07 + 07 + 07 + 07 + 00Con tou r int erva l= 1. 00E + 071 . 5 0 01 . 0 0 00 . 5 0 0 0 . 0 0 0 0 . 5 0 0 1 . 0 0 0 1 . 5 0 0(* 1 0 ^ 1 )1 . 5 0 0 1 . 0 0 0 0 . 5 0 0 0 . 0 0 0 0 . 5 0 0 1 . 0 0 0 1 . 5 0 0(* 1 0 ^ 1 )JOB T I T LE : . 朱集礦首采工作面煤（巖）巷礦壓監(jiān)測(cè)及支護(hù)技術(shù)研究報(bào)告 26 持續(xù)擴(kuò)展，不斷形成惡性循環(huán)。 如圖 48 所示，圍巖破裂和塑性區(qū)是掘進(jìn)期間的6 倍，并在巷道底板產(chǎn)生拉伸破壞。 圖 48 動(dòng)壓影響期間圍巖塑性區(qū)分布 如圖 49 和圖 410 所示，隨著淺部圍巖強(qiáng)度的弱化和承載能力的降低，圍巖變形的速度發(fā)生瞬時(shí)突變，呈直線上升趨勢(shì)，四周圍巖向巷道位移趨勢(shì)明顯，圍巖位移深度達(dá)到 10m，巷道收斂嚴(yán)重，支護(hù)結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)。如表 42 所示，頂板下沉、底鼓、巷道左幫和右?guī)妥冃瘟糠謩e為 、 、 和，巷道斷面僅為掘進(jìn)期間斷面大小的一半，采用 高強(qiáng)超長(zhǎng)錨桿無法保證巷道在強(qiáng)動(dòng)壓作用的穩(wěn)定性，因此，在動(dòng)壓影響前必須對(duì)巷道采用行之有效的方案進(jìn)行加固，才能確保巷道的使用安全。 F L A C (Ve r s i o n 5 . 0 0 ) LEGEND 1 0O ct0 9 1 6:4 7 ste p 25 641 21E + 01 x 1. 821 E+ 01 21E + 01 y 1. 820 E+ 01Grid plo t0 1E 1 Plas ticity I ndic ato r* at yield in shear or vol.X ela stic, at yield in p asto a t yie ld in ten sionstateCon tou r int erva l= 5. 00E 01Minim um : 0 .00 E+ 00Max im um : 3 .00 E+ 001 . 5 0 01 . 0 0 00 . 5 0 0 0 . 0 0 0 0 . 5 0 0 1 . 0 0 0 1 . 5 0 0(* 1 0 ^ 1 )1 . 5 0 0 1 . 0 0 0 0 . 5 0 0 0 . 0 0 0 0 . 5 0 0 1 . 0 0 0 1 . 5 0 0(* 1 0 ^ 1 )JOB T I T LE : . F L A C (Ve r s i o n 5 . 0 0 ) LEGEND 1 0O ct0 9 1 6:4 7 ste p 25 641 70E + 00 x 3. 270 E+ 00 11