基于数值模拟分析的巷道支护设计(1)

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基于数值模拟分析的软岩巷道锚杆支护技术研究

的整个剖面上是等值的，如果巷道是圆形的剖面，且围岩在水平与垂直向的受力都相等，则该措施给出
板主要是以泥岩为主，但包括少量砂岩，底板主要是
以泥岩为主，围岩硬度为６．５～７．５，煤层的硬度约
坏的部分需要进行重新支护Ｊ。所以，迫切需要
研究一种符合要求的巷道支护方式，以确保深部软
岩巷道的支护稳定。
之所以要做到巷道支护在刚度方面的耦合，是由于锚杆作用在围岩上之后，与围岩结合成一体来共同受力，在共同受力时，锚杆和围岩会一起出现变形，为使围岩应力均匀分布、且变形一致，所以，须做到支护体和围岩二者间的刚度耦合；如果支护的刚
为２。
的数据是正确的，且利于实际作业；然而在支护时遇到的巷道剖面几乎都是圆拱形、半圆拱或矩形，且围岩在水平与垂直向的受力是不相等的，所以，随着巷
２耦合支护机制研究
２．１支护技术概述
道剖面的位置不同，支护体承受的围岩作用力也不同，也就是在各部分支护体等强的情况下，会引起支
近年来，我国煤矿掘进巷道中，软岩巷道占１／１０左右，随着开采逐渐趋于复杂区域，深度日益增加，预计在未来数年内，这一比重将会上升至２／１０左

断层破碎带巷道支护方案数值模拟分析

３新疆工业高等专科学校，．新疆鸟鲁木齐８００）３００摘要该文针对新疆某矿一０１胶带大巷具体工程地质条件，出了两种不同的支护方案，４０１１提并采用ＦＡ２ＬＣＤ数值计算软件对两种不同支护
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
方案的巷道应力分布、塑性区分布及巷道变形进行了模拟。结果表明，巷道采用方案二进行支护，巷道围岩可得到有效控制。
１８２
夯娃差科技
２１第３０年期１
断层破碎带巷道支护方案数值模拟分析
武勇锋张国林毛金・，，Ｉ
（．１中国煤炭科工集团武汉设计研究院，湖北武汉４００；．３００２神华宁夏煤业集团梅花井煤矿，宁夏灵武２０１；５４１
构造。
４结束语
布和采区布置提供理论基础，对更好地设计开采，合理
开发利用资源，提高采区和矿井回采率，减少资源丢失
具有经济意义和现实意义。
参考文献：
［］炭工业部１８年《１煤９４矿井地质规程＞第七条．［］２马文剐．张辰矿西一采区地面岩层移动观测站设计的探讨．煤炭
工层位位于Ⅳ１３煤层老顶石英砂岩之上的泥岩、薄煤
Ｉ】Ｉｒ
ＩＩＩＩ］ＩＩ
１００ｍ
图１数值计算模型
２２数值计算模拟方案．
线及中细砂岩中。根据断层钻孔取芯情况，ＱＲＤ值普遍小于２％，映断层带及两侧岩体极为破碎。过５反
￥收稿日期：０ｌ１－２２１一０８

基于数值模拟的巷道支护参数优化设计

３，不稳定层厚度约１．５ｍ。复杂的地质条件导致许厂煤矿４３０２轨道巷在掘进过程中出现顶煤冒落、顶板 “ 网兜” 下坠、螺帽脱扣等现象，施工难度极大且存在严重的安全隐患。
～
２．３不同支护方式下巷道围岩稳定性分析
表４巷道在掘进时候的表面位移量
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由表４可知，巷道表面位移在掘进初期增加很快，达到一定时期即进入稳定期，基本保持不变。最大变形量为顶板下沉量，最大仅为３３ａｒｍ。巷道的表面位移
以回采期间为主。巷道的顶板下沉量、底鼓量、两帮位移量从掘进阶段到回采阶段均有数倍的增大。因此要重点控制回采期间４３０２轨道巷的围岩变形，预防事故发生。但随着支护强度的增加，巷道表面位移逐渐减
中图分类号：Ｆ４０３．７；ＴＤ３５０．１
１工程概况
文献标志码：Ｂ
文章编号：１００８— ０１５５（２０１４Ｊ０９— ０１４７—０２
表２岩体的物理力学参数
许厂煤矿４３０２轨道巷沿小屯西背斜轴部掘进且布置方向分布有孙氏店支２— ３断层和孙氏店支２断层，受背斜构造应力集中及断层地质结构影响，巷道围岩破碎，变形难以控制。由于巷道顶板砂岩含水层富水性中等且裂隙发育，巷道掘进时会有淋水，应对３下煤层顶板砂岩含水层进行疏放。许厂煤矿４３０２轨道巷顶、底板岩性特征如下表。

数值模拟在巷道支护参数优化设计中的应用

２．２锚索参数的确定
根据围岩情况，巷道采用全断面锚杆支护，锚杆
拟采用咖２０ｍｍ、Ｌ＝２．２ｍ，咖２０ｍｍ、Ｌ＝２．５ＩＴＩ及
２０ｍｍ、Ｌ＝２．８ｍ３种规格方案。对３种不同规格的锚杆进行模拟比较，择优选取支护效果较好的锚杆。
优化设计中的应用
刘晓飞，刘宾
（大屯煤电公司姚桥煤矿，江苏沛县２２１６１１）
摘
要：针对某矿六采区轨道下山支护参数的优化选取问题，使用数值模拟的方法，建立模型对
长度不同的２．２－，２．５、２．８ｍ的锚杆和６．５、７．５、８．５ｍ的锚索进行数值模拟分析。模拟在不同支
采用长２．５ｍ与２．８ｍ的锚杆对围岩强度增强及改善围岩峰后强度比长２．２ｒｎ的锚杆有了很大的提高，应力集中向四周转移。但经过一段时间的受
基于全断面锚杆支护，采用锚索进行补强： ① 顶板施加３根预应力钢绞线锚索； ② 两帮分别施加
两根预应力钢绞线锚索。分别对规格为１７．８×
８０
煤
炭
科
技
２０１３年第１期
（６．５ｍ、７．５ｍ、８．５ｍ）的３种锚索进行模拟比较，择优选取支护效果较好的锚索。锚索支护的主要作用是在围岩初期变形期间提供强大的预应力，减小围岩初期的扩容变形和碎胀变形，增加支护体系的柔性，主动将浅部围岩与深部稳定围岩加固起来。仅用锚杆支护时，直墙半圆拱巷道周围形成 “ 双耳” 应力集中关键部位，常常造成巷道两肩窝处发生剪切破坏，由肩窝发生的破坏进

FLAC^3D在巷道支护中的数值模拟分析

ＶｌＡＣ在巷道支护中的数值模拟分析
田龙（山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司，山西晋中０４５４００）
摘要：本文以潞宁煤业２＃煤西翼扩区轨道运输大巷支护为工程背景，以地质力学条件为基础，通过数值模拟分析，系统地对轨道运输大巷的围岩稳定性和锚固参数与锚固效果进行了研究，为指导围岩支护提供了有效地分析方法。关键词：ＦＬＡＣ；运输大巷；支护
— —
潞宁煤业２煤平均采深４００ｍ，近水平煤层，煤层平均厚度４．１３ｍ。各巷道均沿煤层底板掘进，考虑回采动载对巷道围岩稳定性的影响，计算中工作面推进１５０ｍ，则模型宽１５０ｍ；轨道大巷宽５ｍ，高３．７ｍ，模拟两侧煤柱分别为５８ｍ和３０ｍ，模拟２２１０６工作面长１６０ｍ和２２１１０工作面长１７５ｍ，则模型长４８１ｍ；取２艨顶板岩层４０ｍ，煤层厚度４．１３ｍ，底板岩层２０ｍ，则模型总高度６４．１３ｍ。模型的四个侧面为限制水平位移边界，底部为固定边界，限制水平移动和垂直移动。整个模型共划分１８６０００个单元，１９７６４６个结点。计算模型
ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｂａｓｅｄｏｎｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｎｕｍｅｉｒｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ｒｏｃｋｓｔａｂｉｌｉ－ｔｙ，ａｎｃｈｏｒａｇｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄａｎｃｈｏｒｅｆｆｅｃｔｏｆｒａｉｌｔｒａｎｓｐｏｔｒｒｏａｄｗａｙｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅａ－

论巷道支护数值模拟研究及应用

论巷道支护数值模拟研究及应用0 前言三维快速拉格朗日分析采用了显示有限差分格式来求解场的控制微分方程，并应用了混合单元离散模型，可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形，尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有其独到的优点。

三维快速拉格朗日分析程序FLAC3D具有强大的后处理功能。

很适用采矿设计中评估断层的影响、地质体的锚固分析等数值模拟。

1 FLAC3D的计算原理快速拉格朗日分析程序有很强的分析功能，其基本思想是：通过对三维介质的离散，使所有外力与内力集中于三维网络节点上，进而将连续介质运动定律转化为离散节点上的牛顿定律；时间与空间的导数采用沿有限空间与时间间隔线性变化的有限差分来近似；将静力问题当作动力问题来求解，运动方程中惯性项用来作为达到所求静力平衡的一种手段。

2 南一采区回风巷计算条件五沟煤矿南一采区回风巷埋深-375m，两帮为煤，底板为砂岩，并伴有泥岩，岩性f=4-6；断面形式为梯形，高3.7m，上底3.8m，下底4m；支护方式采用锚网梁支护，锚杆18×2200，间距800×800，喷厚90ram。

数值模拟采用FLAC-3D计算程序完成。

参考相关经验将围岩定为不稳定围岩。

3 南一回风巷的三维弹塑性分析为了进行对比，计算中锚杆间距分别取800×800mm和900×900mm。

3.1 计算模型及初始状态巷道支护计算网格图中网格剖分采用FLAC-3D 完成，采用单元形态为六面体单元。

然后分别绘制锚杆间距为800×800mm和锚杆间距为900×900mm的锚杆衬砌支护及锚杆的锚固形式计算图，锚杆锚固形式为端部锚固。

垂直巷遂轴线方向初始水平应力分布等色线图，巷道轴线方向初始水平应力分布等色线图和巷道初始竖向应力分布等色线图。

3.2 巷道支护数值模拟（科教范文网编辑发布）数值模拟没有考虑施工工序，认为巷道是整体开挖和及时支护的。

软弱特厚煤层综放巷道支护方案数值模拟分析

直接顶
５号煤
７．９７
１Ｏ
１．６７２
１．ｏｏ１
３．８２
１．３５
０．２６
Ｏ．２８
５．２８
１．６７
３０
３７
直接底
老底
５．８
ｌ１．８
２．４８２
３．９８３
的锚杆布置方案，具体支护方案如表２所示。
２．２三维数值模型建立
Ｆ『ＡＣ３Ｄ是数值模拟分析中经常采用的大型岩土
工程数值模拟软件，通过模拟对比分析巷道掘进期问
和工作面回采期间各支护方案的围岩受力及变形情况，可以优化锚杆支护参数，为确定安全合理的巷道支护方案提供科学依据。数值模拟计算以增子坊煤矿５号煤层８１０９工作面及其采掘环境为模型，通过煤岩力学性质测试得到的煤岩力学特征参数见表１。根据采矿数值模拟经验与采矿理论，模型左右边界水平位移约束、下边界固定约束、上边界加载。由于要模拟巷道受采动影响的情况，因此模型包含整个工作面。模型埋深取２００ｍ，模型尺寸为２００ｍ（Ｘ）× ８０ｍ（Ｙ）Ｘ６０ｍ（Ｚ），２４２０００个网格。
板岩块经过切、磨，加工成标准岩石试件，表１为煤岩力学性质实验结果。
收稿日期：２０１３— ０９— ２９
作者简介：沙志强（１９７３一），男，天津市塘洁区人，毕业于中国矿业大学，山西大同煤矿集团公司云冈矿从事煤矿生产技术工作。

基于数值模拟法的巷道支护参数优化设计

基于数值模拟法的巷道支护参数优化设计李晓杰【摘要】针对大断面回采巷道锚杆(索)数量多、支护成本高、施工工艺复杂等问题,以西山煤电晋兴公司斜沟矿23103大断面沿空巷道的支护优化设计为工程背景,基于围岩控制机理和FLAC3D数值模拟技术,对该巷道的支护方案和技术参数进行优化设计,现场监测结果表明,优化后的支护方案可提高巷道围岩的稳定性和强度,降低支护成本,提高材料使用效率,大幅降低工人的劳动强度,为大采高综采面快速推进创造了条件.【期刊名称】《山西冶金》【年(卷),期】2019(042)002【总页数】3页(P146-148)【关键词】大断面;FLAC3D数值模拟;围岩控制;支护方案;优化设计【作者】李晓杰【作者单位】山西西山晋兴能源有限责任公司, 山西吕梁033601【正文语种】中文【中图分类】TD353引言随着矿井开采深度的增加，使得巷道位于更高的地应力环境中，特别是在地质构造复杂的条件下，无形中增加了矿井采掘与支护难度，而煤柱留设也在一定程度上造成资源浪费。

为了减少因留设煤柱导致的资源浪费，有效控制巷道围岩的变形量，沿空留巷的掘进方式将回采巷道布置在临近已采工作面的侧向支承压力峰值区外，有效规避矿山压力集中效应，更有利于巷道围岩控制。

本文以斜沟矿23103大断面沿空巷道的支护优化设计为工程背景，基于围岩控制机理和FLAC3D数值模拟技术，对该巷道的支护方案和技术参数进行优化设计[1]。

1 工程概况斜沟矿位于山西兴县魏家滩镇黄家沟村，井田南北长22 km，东西宽3～4 km，设计生产能力1 500万 t/a，面积 88.64 km2，地质储量 21.64亿 t，可采储量14.14亿t，主采8号、13号煤层，两煤层分采分运。

23103工作面位于南五采区，临近为已采23101工作面，23103运输平巷采用沿空掘巷方式，巷道规格为4 500 mm×3 500 mm，巷道断面较大，原支护方式为锚网索+单体液压支柱联合支护，巷道与23101工作面采空区之间的区段煤柱宽8 m。

基于FLAC3D数值模拟的煤矿掘进巷道优化支护设计

基于FLAC 3D数值模拟的煤矿掘进巷道优化支护设计摘要：煤矿掘进巷道的顶板支护是煤巷安全管理的重点，如何合理优化支护设计，做好顶板安全管理是煤巷管理人员的工作重心。

本文从笔者的工作实际出发，通过观察现场地质条件，制定优化支护设计技术措施，并优化支护设计方案，结合FLAC 3D数值模拟技术，设计出更为合理的支护方式。

关键词：FLAC 3D；数值模拟；支护设计一、优化支护设计技术措施依据某工作面地质力学评估与巷道围岩变形分析结果提出以下支护优化方向。

1、顶板采用预应力锚索全长锚固技术由于顶板发生离层的位置主要在顶板软弱夹层，加上锚索预紧力大且延伸率低，使锚索受力高，易发生破断现象。

预应力锚索全长锚固技术，是在原中空注浆锚索的基础上进行了改进升级，它采用专用的无机复合锚固材料和高压注浆设备进行施工。

锚索先在迎头进行树脂端锚[1]，不用封孔，张拉预紧施加预应力，滞后通过锚索的中空结构注入无机复合锚固材料，当孔口流出无机锚固剂时停止注浆实现锚索的全长锚固。

采用该项支护技术的优点是顶板锚杆和锚索全部实现了全长锚固，锚杆、锚索同步承载，协调一致。

全长锚固锚索与端锚锚固锚索相比，提高了锚索的抗剪切能力和系统的刚性，消除了端锚锚索在非锚固段应力集中，将载荷进行了分散，也消除了锚索断裂弹出的现象。

围岩变形控制效果好，可降低锚索的支护密度，提高施工速度。

2、巷帮底角下扎45°锚杆控制底鼓底角锚杆的可起到三方面的作用：（1）底角锚杆将限制底角处岩层向巷道内发生水平位移，随着底板的松动及变形，底板上的水平应力也将逐渐传递到底角锚杆上。

这种情况下，底板岩石受的应力较无底角锚杆时会小很多，从而底板岩石不易发生破坏。

（2）施工底角锚杆有利于底板水平应力向底板深部转移，起到一定的卸压作用。

施加45°的底角锚杆，底板岩层承担水平应力将降低，水平应力将向深部转移，也有利于底板的稳定。

（3）施加底角锚杆有利于巷帮的稳定。

数值模拟方法在巷道支护设计中的运用

ｌ８
参晨硝技
２１年第１０１期
数值模拟方法在巷道支护设计中的运用
斡爻彦
（南矿业集团矿业工程公司，徽淮南２２０）淮安３０１
摘
要
由于巷道围岩具有很多的不确定，采用一些传统的支护方法分析问题越来越不安全。近些年，随着计算机技术的飞速发展，使得非线
（）ＣＤ软件无缝集成。数值模拟软件的一个１与Ａ发展趋势是与通用ＣＤ软件的集成使用。（）Ａ２具有可
靠的自动建模能力。模型细化是建模中的很关键的一步。（）３能求解非线性问题和耦合场。随着科学技术
Ｔｈｐｌｃｔｏｏｍｅｉａｉｕｌｔｏｅｈｏｓｏｈｅｄｅｉｎｏｏｄａｕｏｔｅａｐｉａｉｎｆｎｕｒｃｌｓｍａｉｎｍｔｄｎｔｓｇｆｒａｗｙｓｐｐｒ
ＲａＷ ห้องสมุดไป่ตู้ ａｎｎｙｎ
巷道支护数值模拟方法必须要反映巷道支护问题
的特点，在分析软件的选择上要采用偏重于此问题的
专业软件。
题数值分析软件的开发，ＦＡ、ＦＡ、ＴＳＡ等。如ＬＣＲＰＩＡＣ这些数值模拟软件能为实际工程巷道支护设计提供大量有价值的数据，可供设计人员参考。
巷道支护方案设计文献标识码Ａ
性数值模拟软件在巷道支护设计方面的运用越来越多，到了重要的指导作用，方案设计提供有价值的参考数据。起给关键词数值模拟中图分类号Ｔ３３Ｄ５

基于FLAC3D数值模拟的巷道支护参数优化及分析

图２二次采动影响时巷道围岩塑性区分布图
图２表明，受二次采动影响时，相较于原支护方式，优化支护参数后的顶板及煤柱侧塑性区分布范围明显缩小。优化支护参数后，巷道围岩承载能力增强，因而巷道围岩发生塑性破坏的可能性减小，围岩塑性区分布范围减小。通过以上分析可知，受二次采动影响时，虽然回风顺槽围岩应力进一步增大，但优化支护方式后围岩承载能力增强，塑性区范围减小，《下转第１１５页）
中图分类号：Ｆ４０６．３；ＴＤ３５３
１工程背景
文献标志码：Ｂ
文章编号：１００８— ０１５５（２０１７）０８— ００９１ — ０１由图１可知，在二次采动影响效应下，两种支
该矿３１１１０２工作面回风顺槽位于第一水平的３—１煤层中，煤层厚度为５．２ｍ～５．６ｍ，平均为５．５ｍ，煤层倾角为０。～３。，总体呈东高西低，第一水平标高＋６６０ｍ，埋深为６００ｍ。煤层顶底板岩石主要为砂质泥岩、粉砂岩，次为中细粒砂岩及粗粒砂岩。顶板岩石的抗压强度为５１．２ＭＰａ，抗剪与抗拉强度较低，岩石的软化系数小于０．７５，均为软化岩石。２巷道支护参数回风顺槽原有支护顶板锚杆采用￣２０ｍｍ × ２２００ｍｍ的无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为１０００ｍｍ×１０００ａｍ，ｒ采用．５ｍｍ、网格１００ｍｍ × １００ｍｍ的焊网；顶板锚索采用１．６ｍｍ × ７３００ｍｍ预应力钢绞线，锚索间排距为１６００ｍｍ× ３０００ｍｍ，两帮采用锚索进行一次支护，锚索采用１．６ｍｍ ×４２００ｍｍ预应力钢绞线，问排距为１６００ｍｍ×３０００ｍｍ，每｝ｊ｝３根，间距为１．４ｍ，扫｝距２．６ｍ，每根３卷树脂药卷锚固。结合松动圈测试、锚杆（索）受力监测及巷道变形观测结果对支护参数进行优化，优化后改用￣２０ｍｍ× ２５００ｍｍ的高强度锚杆全长锚固，锚杆间排距为８００ｍｍ ×８００ｍｍ；顶板锚索采用Ｏ２１．６ｍｍ× ９２００ａｍ预应力钢绞线，ｒ两帮采用锚索进行一次支护，锚索采用Ｏ２１．６ｍｍ ×６２００ｍｍ预应力钢绞线，其他支护条件不改变。３数值模拟计算根据Ｍｏｈｒ— Ｃｏｕｌｏｍｂ破坏准则 … ，结合３ｌ１１０２工作面地质开采条件，建立三维数值计算模型（见图１）。模型初始位移和速度均按零计算，原始主应力方向分别与模型三个坐标轴一致。为分析巷道掘进及工作面回采时巷道围岩支护效果，因此可按各岩层自重进行模拟，模型的四个侧面为位移边界，水平位移固定不动，底部为固定边界，位移和垂直位移固定不动。３．１支护参数优化前后的巷道变形量

不同巷道支护方式的数值模拟分析

（１．武汉科技大学，湖北武汉４３００８１；２．华中科技大学，湖北武汉４３００７４）
摘
要：利用数值模拟软件建立了某磁铁矿岩体在不同地应力条件下的巷道支护方式模型，分析了其巷道变形及应力分布变化情
况，指导矿山井下巷道支护。同时为了更好满足支护要求，引入了锚喷加锚杆联系链的支护方式，数值ｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＳＯａｓｔｏｂｅｇｕｉｄａｎｃｅｉｎｔｈｅｒｏａｄｗａｙｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ．Ａｆｔｅｒａｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｕｐｐｏｔｉｒｎｇｍｅｔｈｏｄ
，
（１．ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００８１，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆｏＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｏａｄｗａｙｓｕｐｐｏｔｉｒｎｇｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈａｎｕｍｅｉｃｒａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒｍａｇｎｅｔｉｔｅｏｒｅｂｏｄｙｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｒｏａｄｗａｙｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｓｗｅｌｌａｓｃｈａｎｇｅｉｎｔｈｅ

全煤巷道支护设计与数值模拟研究

全煤巷道支护设计与数值模拟研究摘要：以国内某大型煤矿1192综放工作面为工程背景，利用理论分析、RFPA 数值模拟软件等研究手段，探讨了全煤巷道的围岩稳定性，并设计了合理的巷道支护参数。

研究结果表明，全煤巷道的锚杆支护设计符合开采要求。

论文的研究对于类似开采条件下的全煤巷道支护设计具有一定的参考价值和借鉴意义。

关键词：综放开采全煤巷道锚杆支护数值模拟1、引言目前，锚杆支护方式在世界范围内得到了广泛应用，也是我国井工煤矿开采中巷道的主要支护方式之一。

但是对于不同巷道的工程实际差异，巷道支护参数也有较大的变化。

本文针对综放工作面的两条回采巷道支护，综合运用理论分析和数值模拟的方法进行支护参数设计，从而期望得到理想的支护效果。

2、工程背景某大型煤矿风井负担约30万t/a的生产能力，根据生产作业计划，编号为1192的工作面为该区域首采工作面，拟采用综采放顶煤技术开采，回采巷道沿主采煤层9#煤层底板掘进。

由于煤层赋存条件复杂，托顶煤厚度大，其上夹矸赋存不稳定，夹矸之上为近距离赋存的8#煤层，整体为复合顶板全煤巷道。

由于该工作面是新矿井区域的首采面，其顶板活动状态、矿压显现规律均不明确，需要研究试验其合理锚杆支护技术，以确保工作面的正常安全开采。

2.1 围岩力学性质分析2.1.1 煤层及顶底板赋存条件根据煤层顶底板柱状图、运输大巷和轨道大巷揭露资料，9#煤层的老顶为大青灰岩，厚3.25-8.72m，一般厚5-6m。

根据轨道上山揭露资料分析，岩层裂隙在垂向及横向发育不均一，岩层致密程度、硬度亦不相同，厚度一般在6.0m左右，中上部发育一层厚0.2-0.3m的中青灰岩，区内表现稳定。

9#煤为主采煤层，赋存稳定，煤层中部含3～4层厚度在0.2～0.5m的泥质夹矸。

-150水平以上煤层储量计算厚度在 3.61～5.87m间，区内一般厚度大于4.19m，最厚为6.15m，平均为4.86m。

煤层倾角8～17°，为缓倾斜较稳定煤层。

柳泉煤矿动压巷道支护方案改进数值模拟分析

性脆，有夹层
致密，性脆块状结构，含碳质含暗色矿物，泥质胶结
案。顶部５根锚杆、根锚索，２帮部４根锚杆、根２
锚索。锚杆直径２ｍ，２ｍ长度２２００ｍｍ；锚杆顶板
ＪＪ
＝＝＝＝＝：＝
＝：：＝＝＝＝
有的支护方案是锚杆＋网＋梁联合支护。巷道顶部打５根锚杆、帮部打３锚杆，根顶部锚杆均选用直径１ｍ、长度２００ｍｍ的左旋无纵筋螺纹８ｍ０
钢，杆间距７０ｍ排距８０ｍ锚固力不小锚５ｍ，０ｍ，于１ａ扭距力不小于１０Ｎ・帮部均选用８ＭＰ，０ｍ；
所示，岩层岩石力学参数如表１各所示。
ｒ ●
ｊ
●
｛
●
｛
Ｊ
●
ｊ
●
｝
・
Ｃｎｉｕ）目前比较先进、用比较广泛的岩土ｏｔａ是ｎ应工程分析软件，可以用来研究锚杆支护参数与巷道围岩变形之间的关系。该软件是一种用于工程力学计算的显式有限差分程序。该程序可模拟土、
泥岩
｜０８玻璃光泽．３
２２夹泥质条带．Ｏ
ｌ
依据地质资料和前期现场实践，改进设计了如图３所示的锚杆＋梁＋网＋锚索联合支护方
３煤
泥岩粘土岩粉砂岩
，
ｌ＼
Ｉ

基于数值模拟的巷道围岩的支护优化

矿正在掘进开拓巷道，复杂的地表水系和矿床水其文地质影响着巷道围岩的稳定性。
性稍差时，用喷射混凝土支护，护为５采支０ｍｍ； ③
ｓｂｌｙｏｒａｗｙａｅｔｒｅｙｗｔ，ａｙｏｎｆｓｒａｄｓｕｔｅｉｓｒｕｄｎｃ，ｒａｔｉｔｆｏｄａｆｃｄｌｇｌｂａｅｍｎｉｓｕｅｎｔｃｒｕｒｎｉｇｒｋｐｍ — ａｉｆｅａｙｒｊｔｉｒｕｎｏｏｉ
ｌｋｈａｇｉｔｉｕｉｎｏｕｆｃｔｒｗｉｉｈｎｃｍｐｉａｅｙｒｇｏｏｙｃｎｉｉｎｏｅｏｉ，ｉｅｔｅｌｒｅｄｓｒｂｔｏｆｓｒａｅｗａｅｔｎｔｅｍｉｅ，ｏｌｃｔｄｈｄｏｅｌｇｏｄｔｆｄｐｓｔｈｏ
摘
要：白象山铁矿为工程背景，以针对该矿区内地表水系十分发育，床水文地质条件相对矿
复杂，巷道稳定性受水的影响很大，围岩中节理裂隙构造多等问题，对原有的巷道支护方案进行优
化。结合不同的围岩特性和地质条件，化后的支护采取锚喷联合支护及二次耦合支护技术。最优后通过数值模拟验证，化后的支护方案效果良好。优关键词：巷道；支护优化；数值模拟
ＳｕｏｔＯｐｉｉａｉｎｆＲｏｄｗａｕｒｏｎｄｉｃｂｓｄｏｍｅｉａｉｐｐｒｔｍｚｔｏｏａｙＳｒｕｎｇＲｏｋａｅｎＮｕｒｃｌＳｍｕｌｔｏａｉｎ

深井巷道支护方法数值模拟及分析

在受采动影响或随时间流变时，这些软弱破碎板位移随加载过程的变化。无支护情况下顶围岩的再变形破坏过程中的体积碎胀导致巷板的位移最大。全锚杆支护下顶板的位移量
道发生大的变形。
２深部巷道锚杆、锚索和锚杆＋锚索支护数值计算
采用锚杆（锚索）或支护，离巷道开挖区远量表示，而此二阶应力张量为｛；｝可分解为两围岩的主应力分布与巷道开挖但不支护时主部分，球应力张量和偏应力张量即应力分布情况基本相同，但在靠近巷道开挖区的围岩四周主应力的分布则表现出不同的特『『］『 Ⅱ 一］００征。由于支护体的作用，道四周围岩应力集ｆ］巷ＩｆｒｌＩ：１Ｊ一００中程度高于无支护情况。在刚开始，道的Ｉ巷口一ｌ００ｊｌ变形得到了控制，两帮的位移量大大减小，在开挖以后没有明显的破坏，受地压的能力有承
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深井巷道支护方法数值模拟及分析
马强 ’ 郭占岐田荣涛。（．１黑龙江科技学院１０２；２北京吉北电力工程咨询有限公司１０８；３广源建设工程检测有限公司０７５．０５０．
球应力张量不引起形变，它是一种三向均了进一步的提高。由于锚杆的作用，道围巷压状态。偏应力张量引起巷道围岩的变形破岩的应力集中程度虽然有了很大程度的提高，坏，因此工程开挖引起的偏应力局部集中是深井巷道围岩变形破坏的另一主要原因。巷道在掘进工程中，可避免的要遇到地不质构造，如断层破碎带、背斜、向斜轴、褶皱带等。由于煤层群的开采，道围岩还要受到巷重复采动的动压影响，虽然有煤柱保护，实但践证明，由于开采方法的不合理，巷道多数遭到破坏。研究表明，井动压巷道，别是围深特岩强度相对较弱的巷道，围岩的主要破坏形式但是高应力部分主要由锚杆来承受，锚杆的强度远远高于围岩的强度，同时由于金属网属于柔性体，以整体围岩的强度有了提高。所模拟结果显示全锚杆支护，加载应力达到２ＭＰ５ａ巷道破坏；全锚索支护加载应力达到３ＭＰ２ａ巷道破坏；锚杆＋索支护加载应力锚达到３ＭＰａ巷道破坏。０从不同支护方式的应力承载能力来看，全锚索支护强度最高，杆＋锚索与其相差不锚和变形机理为挤压流动变形，其特点是巷道的大。围岩为己经遭受过变形破坏的软弱破碎岩体，从模拟数据可以看出不同支护条件下顶

深部巷道围岩塑性区数值模拟研究及支护设计

深部巷道围岩塑性区数值模拟研究及支护设计
王清山桂徐根（淮北矿业（集团）有限责任公司朱仙庄煤矿，安徽宿州２３４１１１）
摘要：依据西一采区运输上山地质条件采用Ｆｌａｅ３Ｄ模拟了巷道围岩塑性区的分布，结果表明：该组巷道围岩塑性区分布具有对称性，底板发育范围小于顶板，中间巷道轴线左侧塑性区大于右侧，巷道围岩呈剪切拉伸复合破坏。在数值模拟的基础上进行了支护设计，对巷道支护方案的选取提供了依据。关键词：塑性区；翦切破坏；支护密度；深部；对称性
ＫＩＫ２Ｄ￣／ａＰ，－ —
Ｌ顶＝ｌ１＋ｌ２＋ｂ＝１．９７ｍ
（４）
式中Ｐ。：支护密度；Ｋ。：安全系数，取１．５；Ｋ：动压影响系数，取３．５；Ｄ：松动圈厚度，取：１．８ｍ；＾ｙｄ：岩石容
＋ｈ× ｔａｎ（４５ｏ＿）ｂ＝ — — 了— —
（１）
式中Ｂ为巷道宽度，单位：ｍ；ｈ为巷道高度，单位：ｍ；ｆ为普氏系数；为内摩擦角，取５１。。计算得：
ｂ＝１．５７ｍ
图１为运输上山及相邻巷道围岩塑性区分布。
图１围岩塑性区分布
重，２．６ｔ／ｍ。Ｐ＝１．２４根／ｍ
１／Ｐｓ＝０．８１
由图１可知，该组巷道围岩塑性区呈对称性分布，三条巷道之间塑性区没有重叠部分，但巷道底板塑性区范围较大，基本相连；两侧巷道围岩塑性区范围大于

金山店铁矿高岭土围岩巷道支护设计及数值模拟分析

（．东省冶金设计院股份有限公司；．中国科学院武汉岩土力学研究所）１山２
摘
要：针对武钢集团金山店铁矿井下高岭土围岩巷道的破坏和现有支护形式，行研究和再进
设计。对于强度低、理性强、水自稳性差的高岭土化岩体巷道，用具有快速封闭、水和围压恢复采防
图２短锚杆支护断面
⑤工字钢与巷道壁之间没有紧密贴合； ⑥采用工字
钢支护进度慢，支护费用高。Ｉ２支护形式的选择．对于强度低、理性强、水自稳性差的高岭土化岩
体中，采用的支护应具有快速封闭、防水和围压恢复
的的支护功能，尤其是要施加围压防止围岩强度的弱化。根据对该区段矿岩稳定性及巷道支护应用性现状调查，设计采用锚喷网＋筑墙护壁＋钢筋条带
证实设计支护方案是可行、靠的。可关键词：高岭土；数值模拟；支护设计
１高岭土围岩巷道支护形式选择１１原有支护形式及支护效果分析．武钢集团金山店铁矿巷道目前采取的支护形式有以下几种：管缝锚杆＋现场编制铁丝网＋混凝 ① 土喷层；快硬水泥药卷锚杆＋现场编制铁丝网＋ ② 混凝土喷层；工字钢支架＋木背板。图１为该矿 ③ 采用这几种支护形式后，巷道支护失效图。
ｍ岩性较好的巷道仅在顶板施加。金属网采用焊ｍ，
接预制片网，规格２００ｍ ×１５０ｍｍ。喷层厚为０ｍ０１０ｍｍ。｝凝土护墙高度为２２Ｉ即下伸０２ｍ，０昆．ＩＴ．

浅析数值模拟在煤矿巷道支护设计中的应用

浅析数值模拟在煤矿巷道支护设计中的应用作者：王军来源：《科技资讯》 2013年第8期王军(神华宁夏煤业集团红石湾煤矿有限责任公司宁夏银川 751400)摘要:本文从数值模拟在煤矿支护设计中的应用出发,阐述了数值模拟的计算方法和步骤,并对红石湾煤矿巷道支护设计进行了数值模拟,对巷道支护的效果进行了对比分析。

关键词:巷道支护计算方法数值模拟应用中图分类号:TD353文献标识码:A文章编号:1672-3791(2013)03(b)-0127-02通过数值模拟法进行锚杆支护的设计随着在采矿工程中大量应用数值计算方法也得到了快速的发展。

数值模拟法比其他设计法拥有多方面的优点,例如可以模拟各种复杂的围岩条件、边界条件或者断面形状巷道的应力场和位移场;可以进行多方案的快速比较来分析影响巷道支护效果的各种攻因素;拥有更直观、形象的模拟结果,方便分析处理等优点。

美国,英国和澳大利亚等锚杆支护技术先进的国家已经对数值模拟法进行了广泛的应用。

1 数值模拟计算方法有限元、离散元或者有限差等数值方法已经随着计算技术的快速发展广泛运用与巷道支护设计。

非圆形、非均质、复杂边界条件的巷道支护设计方面已经体现出了这些计算方法较大的优越性,并且可以从同时进行的方案中比较选出更合理的方案。

目前应用比较广泛的FLAC软件,可模拟土、岩石等材料的力学行为。

它采用显式拉格朗日算法及混合离散划分单元技术,使该程序能够精确地模拟材料的塑性流动和破坏。

FLAC采用显式解法,可模拟任意非线性力学问题,适用于模拟连续介质非线性、大变形问题。

2 数值模拟步骤采用数值模拟方法进行锚杆支护设计一般按以下步骤进行。

2.1 确定巷道的位置与布置方向巷道位置与布置方向一般根据矿体条件、区段划分、采场布置等因素确定。

如果能考虑地应力对巷道稳定性的影响,将十分有利于巷道维护;一方面,尽量将巷道布置在比较稳定的岩体中和应力降低区;另一方面,应将巷道布置在受力状态有利的方向。

巷道支护优化设计数值模拟研究

巷道支护优化设计数值模拟研究王凯【期刊名称】《《水力采煤与管道运输》》【年(卷),期】2019(000)003【总页数】4页(P64-66,69)【关键词】薄煤层; 支护结构; 坚硬顶板; 优化设计【作者】王凯【作者单位】山西阳城阳泰集团白沟煤业有限公司山西阳城048100【正文语种】中文【中图分类】TD3531 巷道工程概述大平煤矿的主采煤层为9#煤层，埋藏深度为200 m，平均层厚为1.2 m。

本次选取的支护设计优化试验巷道为该矿9103工作面的运输巷和回风巷，其中，运输巷两侧为实煤体回风巷与采空区相邻。

两巷道均为矩形断面，运输巷净宽和净高分别为4.3 m和2.2 m，回风巷的净宽和净高分别为3.6 m和2.2 m，采用破底掘进施工。

煤层直接顶为炭质泥岩，厚1.5 m，老顶为中粒砂岩，质地坚硬，煤层底板为细砂岩，巷道布置如图1所示。

为了节约支护成本，提高工程施工进度，对回风巷和运输巷的支护参数进行优化设计，确定合理的支护手段[1]。

图1 平面布置示意图2 巷道原支护形式和参数2.1 回风巷2.1.1 支护形式和参数设置原回风巷将锚网支护作为主要形式，以三花布置为主，相关参数设置如下：锚杆施工锚固力≥64 kN，间排距设置为800 mm×800 mm，采用规格为1 000 mm×2 000 mm的d6钢筋焊网，搭接长度设置为100 mm，网格间距为100 mm×100 mm。

2.1.2 支护材料选择选用规格为φ18 mm×1 900 mm的PHR335型螺纹钢锚杆，150 mm×150 mm的Q235锚托板，树脂锚固剂选用MSK2335、MSZ2340两种规格，每根锚杆配置一卷锚固剂。

采用规格为1 000 mm×2 000 mm的d6钢筋焊网，网格间距设置为100 mm×100 mm。

2.2 运输巷2.2.1 支护形式和参数设置原运输巷采用锚、网、梁、索联合支护，左帮选用规格为φ20 mm×2 900 mm 的PHR335型螺纹钢锚杆，并选取同型号的顶板，右帮支护选取玻璃钢锚杆，规格为φ18 mm×2 000 mm，锚杆施工锚固力≥64kN。