基于数值模拟分析的软岩巷道锚杆支护技术研究
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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 ／ １ ０ 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 ／ １ ０左
右¨ Ｉ ２ 。因为 软岩 巷道 在受力 机制 方 面不 同 于硬 岩
５１
闫 磊： 基 于数值模 拟分析的软岩巷道 锚杆支护技术研究
第２ ５卷第 １ １ 期
８ ． ９ ９ ｍ范 围问 ， 平 均厚 度 为 ６ ． ６ ５ ｍ， 一 般有 ２～ ３层 的夹矸 ， 包含 夹矸 处煤 层 的平 均厚 度 为 ７ ． ５ ８ ｎ ｌ 。顶
能 由于变 形增 加 而 出现 失 稳 ； 如果 支 护 的刚度 与 围
岩 刚度相 比 ， 超过很多， 那么， 围岩里 面 的变形 能 就
摘
要： 通过数值模拟方法对深部软岩巷道耦合 支护机 制进行 了分析 ， 研究 了锚杆 支护作用 机制 ， 得 出了
经济 、 技术合理的巷道锚杆支护适宜 的锚杆长度与 问排距 ， 对现场锚杆支护设计具有很好的指导意义。 关键 词 ： 围岩 ； 数值模 拟 ； 耦合支护 ； 软岩巷道
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ３ ５ ３ ． ６ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ５ ． ２ ７ ９ ８ （ ２ ０ １ ６ ） １ １ — ０ ０ ５ １ — ０ ３
避免 出现 围岩 应 力集 中现象 ， 约束 有害变 形 的扩 大 ， 并且 还要 在 刚度 、 强度 与结构 方面 符合耦 合 的要求 ，
见 图 １。
巷道 ， 以往 的支 护措施 难 以符合 巷道 应力 变化 要求 ， 不利 于支 护 的稳 定 ， 而且 ， 因为大部 分软 岩巷 道采 取 的支 护措施 不 当 ， 现 阶段 尚有 不少 出现 严 重 变 形破
护后 的 围岩 内应力 不 均 匀 变化 ， 局 部 围岩很 可能 由 于受 力过 大而 发生破 坏 ， 甚至 出现局 部失 稳 。
耦合 支护 的设 计 需 满 足 柔 度 和强 度 的要 求 ， 以
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６ － ０ ８ ０ － ８ 作者简介 ： 闫 磊（ １ ９ ８ ７一） ， 男， 山西朔州人 ， 助理工程师 ， 从事生产技术工作 。
度 与 围岩刚度 相 比 ， 明显 不 足 ， 那么 ， 就 不 能很 好 的 限制 围岩变形 的扩 大 ， 支 护难 以达 到需要 ， 巷道 很可
一
图 １ 耦 合 支 护 的 主 要 特 征
本 文 结合地 下 软 岩巷 道 工 程 的支 护 实 例 ， 研究 了深部 软 岩巷道 的耦 合支 护 机 制 ， 且 对 耦 合 支 护 在 锚 杆参 数设 计 中 的应 用做 了技 术分 析 。
ｌ 工程 概 况
麻 家 梁井 田位 于 朔县 的东 南 区域 ， 其 地 势 整体 上 看呈 现 出东部 高西 部低 的态 势 。地质结 构 比较 简 单， 初 期开 采 ４号煤 层 ， 依据现有一 、 二 采 区的钻 孔 资料 ， 一采 区 的煤层埋 藏 深度 约 为 ５ ６ ０ ｍ， 倾 角 约 为 １ ～ ３ 。 ， 煤层 的厚度 约为 ７ ． ９ ４～１ ０ ． ６ ６ ｒ ｎ ， 有 ２～３层 的夹矸 ， 包 含夹矸 的原 煤 厚度 平 均为 ９ ． ４ ４ ｍ。顶板 和底 板 主要 是 以泥岩 为主 ， 底板 中包 含有 少量 砂岩 ； 二采 区的煤层 倾斜 角仅 为 ６ 。 ， 煤层 的厚度 在 ４ ． ６ ５～
总第 ２ ０ ７期
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５— ２ ７ ９ ８ ． ２ ０ １ ６ ． １ １ ． ０ １ ９
基 于数 值 模 拟 分 析 的软 岩 巷 道 锚 杆 支 护 技 术 研 究
闫 磊
（ 同煤浙能麻家梁煤业有 限责任公 司， 山西 朔州 ０ ３ ６ ０ ０ ０ ）
不易 于散 出 ， 经 长 时间 的积 聚 ， 会 增加支护 体受 到 的 力， 最终会 远 远 超 出 其 支 护 能 力 ， 导 致 失 去 支 护 作
用。
之所 以要 做 到巷 道 支 护 的结 构 耦 合 ， 是 由于 以 往在 确定 锚杆 的 间距 与排 距 等 一 些 数 据 时 ， 在 巷 道
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 ／ １ ０ 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 ／ １ ０左
右¨ Ｉ ２ 。因为 软岩 巷道 在受力 机制 方 面不 同 于硬 岩
５１
闫 磊： 基 于数值模 拟分析的软岩巷道 锚杆支护技术研究
第２ ５卷第 １ １ 期
８ ． ９ ９ ｍ范 围问 ， 平 均厚 度 为 ６ ． ６ ５ ｍ， 一 般有 ２～ ３层 的夹矸 ， 包含 夹矸 处煤 层 的平 均厚 度 为 ７ ． ５ ８ ｎ ｌ 。顶
能 由于变 形增 加 而 出现 失 稳 ； 如果 支 护 的刚度 与 围
岩 刚度相 比 ， 超过很多， 那么， 围岩里 面 的变形 能 就
摘
要： 通过数值模拟方法对深部软岩巷道耦合 支护机 制进行 了分析 ， 研究 了锚杆 支护作用 机制 ， 得 出了
经济 、 技术合理的巷道锚杆支护适宜 的锚杆长度与 问排距 ， 对现场锚杆支护设计具有很好的指导意义。 关键 词 ： 围岩 ； 数值模 拟 ； 耦合支护 ； 软岩巷道
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ３ ５ ３ ． ６ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ５ ． ２ ７ ９ ８ （ ２ ０ １ ６ ） １ １ — ０ ０ ５ １ — ０ ３
避免 出现 围岩 应 力集 中现象 ， 约束 有害变 形 的扩 大 ， 并且 还要 在 刚度 、 强度 与结构 方面 符合耦 合 的要求 ，
见 图 １。
巷道 ， 以往 的支 护措施 难 以符合 巷道 应力 变化 要求 ， 不利 于支 护 的稳 定 ， 而且 ， 因为大部 分软 岩巷 道采 取 的支 护措施 不 当 ， 现 阶段 尚有 不少 出现 严 重 变 形破
护后 的 围岩 内应力 不 均 匀 变化 ， 局 部 围岩很 可能 由 于受 力过 大而 发生破 坏 ， 甚至 出现局 部失 稳 。
耦合 支护 的设 计 需 满 足 柔 度 和强 度 的要 求 ， 以
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６ － ０ ８ ０ － ８ 作者简介 ： 闫 磊（ １ ９ ８ ７一） ， 男， 山西朔州人 ， 助理工程师 ， 从事生产技术工作 。
度 与 围岩刚度 相 比 ， 明显 不 足 ， 那么 ， 就 不 能很 好 的 限制 围岩变形 的扩 大 ， 支 护难 以达 到需要 ， 巷道 很可
一
图 １ 耦 合 支 护 的 主 要 特 征
本 文 结合地 下 软 岩巷 道 工 程 的支 护 实 例 ， 研究 了深部 软 岩巷道 的耦 合支 护 机 制 ， 且 对 耦 合 支 护 在 锚 杆参 数设 计 中 的应 用做 了技 术分 析 。
ｌ 工程 概 况
麻 家 梁井 田位 于 朔县 的东 南 区域 ， 其 地 势 整体 上 看呈 现 出东部 高西 部低 的态 势 。地质结 构 比较 简 单， 初 期开 采 ４号煤 层 ， 依据现有一 、 二 采 区的钻 孔 资料 ， 一采 区 的煤层埋 藏 深度 约 为 ５ ６ ０ ｍ， 倾 角 约 为 １ ～ ３ 。 ， 煤层 的厚度 约为 ７ ． ９ ４～１ ０ ． ６ ６ ｒ ｎ ， 有 ２～３层 的夹矸 ， 包 含夹矸 的原 煤 厚度 平 均为 ９ ． ４ ４ ｍ。顶板 和底 板 主要 是 以泥岩 为主 ， 底板 中包 含有 少量 砂岩 ； 二采 区的煤层 倾斜 角仅 为 ６ 。 ， 煤层 的厚度 在 ４ ． ６ ５～
总第 ２ ０ ７期
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５— ２ ７ ９ ８ ． ２ ０ １ ６ ． １ １ ． ０ １ ９
基 于数 值 模 拟 分 析 的软 岩 巷 道 锚 杆 支 护 技 术 研 究
闫 磊
（ 同煤浙能麻家梁煤业有 限责任公 司， 山西 朔州 ０ ３ ６ ０ ０ ０ ）
不易 于散 出 ， 经 长 时间 的积 聚 ， 会 增加支护 体受 到 的 力， 最终会 远 远 超 出 其 支 护 能 力 ， 导 致 失 去 支 护 作
用。
之所 以要 做 到巷 道 支 护 的结 构 耦 合 ， 是 由于 以 往在 确定 锚杆 的 间距 与排 距 等 一 些 数 据 时 ， 在 巷 道