深部高应力巷道围岩力学特征及稳定性控制技术

深部高应力巷道围岩力学特征及稳定性控制技术

乔卫国;宋伟杰;林登阁;吴多华

【摘要】针对九龙煤矿－890m进风行人大巷复杂的工程地质情况，巷道断面较大且高应力作用显著，现已发生严重变形破坏。通过FL AC3D数值模拟对巷道围岩的力学特征进行定量分析，获得深部高应力巷道应力、应变演化特征，结合巷道周边围岩的成分分析、力学实验结果，基于FLAC3D对比优化深部高应力巷道联合支护方案，探究支护结构、支护参数的可靠性，提出以锚杆、锚索为核心的锚网索喷联合支护方案。在巷道开挖后进行矿压观测，进一步验证支护方案以及数值模拟结果的合理性，并实时监测围岩的变化特征。工程实践表明，在深部高应力巷道中采用锚网索喷联合支护，巷道的整体性与稳定性得到有效改善，围岩受力更趋稳定，变形得到有力控制，为煤矿的安全高效生产提供了技术支持。%Specific to Jiulong Coal Mine - 890 meters air inlet pedestrian roadway has serious deformation and destruction due to its complicated engineering geological conditions ,large chamber cross section and significant effects of high stress .The paper carried out quantitative analysis of the mechanical characteristics of surrounding rocks of roadway through FLAC3D numerical simulation to obtain deep high‐stress roadway stress and strain evolution characteristics ,combining with composition analysis ,mechanical test results of surrounding rocks of roadway .Based FLAC3D contrast optimization deep and high stress roadway combination support programs ,explore supporting structure ,supporting the reliability parameters , the author proposed the wire rope combined supporting scheme taking the anchor bolt and anchor cable as the core .Making the

mine pressure observation after the roadway excavation ,further verify the rationality of the supporting scheme and the result of numerical simulation ,and monitoring the variation characteristics of surrounding rock .Engineering practice shows that adopting the bolt‐anchor‐shotcrete‐mesh combined supporting scheme in the deep roadway under high stress ,to effectively improve the integrity and the stability of the roadway .The surrounding rock stress becomes more stability ,and the deformation gets more effective control ,providing the technical support for the safety and efficient production in the coal mine .

【期刊名称】《中国矿业》

【年(卷),期】2015(000)008

【总页数】5页(P92-95,100)

【关键词】高应力;锚网索喷;联合支护;数值模拟;定量分析

【作者】乔卫国;宋伟杰;林登阁;吴多华

【作者单位】山东科技大学土木建筑学院，山东青岛266590; 山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东青岛266590;山东科技大学土木建筑学院，山东青岛266590; 山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东青岛266590;山东科技大学土木建筑学院，山东青岛266590; 山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东青岛266590;山东科技大学土木建筑学院，山东青岛266590; 山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东青岛266590

【正文语种】中文

【中图分类】TD353

随着人类对能源需求量的增加和开采强度的不断加大，浅部资源日益减少，国内外矿山都相继进入深部资源开采状态[1]。尤其是当前煤炭资源开采深度的不断加大，巷道开挖后破坏了岩体原有的应力平衡，将引起巷道附近岩体应力状态的改变并发生应力的重新分布[2]，特别是在地质构造活动强烈的地区，残余构造应力较大，

水平构造应力往往大于垂直自重应力，形成高水平地应力巷道[3]，其产生的工程

灾害将以更加明显的方式表现出来，巷道变形剧烈、采场失稳加剧、岩爆与冲击地压聚增等现象层出不穷，采用传统的支护方式已经难以解决深部高应力巷道支护的难题[4]。我国多位学者对深部高应力巷道围岩变形特征进行了广泛而深入研究，

提出相应控制巷道围岩变形的技术措施[5-7]。从中可以看出锚杆等主动支护形式

越来越得到重视，并在深井、高应力等复杂条件下推广使用，但在深部高应力条件下岩体处于破碎或松散状态，支护结构的作用并不能完全发挥[8]。因此，对深部

高应力巷道破坏机理进行分析，提出适用于深部高应力巷道的锚网索喷联合支护技术，实施积极有效的主动支护，对控制巷道变形、保证围岩稳定有着重要的意义。本数值模拟以峰峰集团九龙煤矿-890m进风行人大巷为背景，结合工程地质资料，建立数值模拟模型长×宽×高=50m×30m×30m，共划分158000个单元和164679个节点，在模型上表面施加22.50MPa的垂直应力模拟上覆岩层自重，水平构造应力通过侧压力系数λ=1.3来实现，并限制其侧面的水平位移，固定底面

三个方向的位移。模拟岩层的划分与巷道工程地质综合柱状图一致，反映岩石材料的物理力学性质的参数通过实验室MTS岩石伺服试验机进行三轴抗压实验获取如表1所示，模型采用Mohr-Coulomb破坏准则分析深部高应力巷道在围岩开挖

前后的受力、变形特性。

1.1 深部高应力巷道开挖前后的位移演化特征

底板、顶板及其右帮断面中部处，向围岩内部5m处、10m处随开挖断面走向前