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软岩巷道交叉点锚杆支护数值模拟分析_图文

第8卷第4期 2008年12月

徐州建筑职业技术学院学报
JOURNAL OF XUZHOU INSTITUTE OF ARCHITECTURAL TECHNOLOGY

Vol_8№.4
Dec.2008

软岩巷道交叉点锚杆支护数值模拟分析
杨明宇,宋宏伟,何永礼,唐德康
(中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州221008>



要:以兹南恩洪煤矿软岩巷道为背景,应用数值模拟对软岩巷道交叉点3种史护方案进行分

析研究。结果表明,全断面预应力锚杆支护改善了交叉点的应力集中程度,起到一定卸压作用,并 控髑了藩岩鲢定影量,缳瓣了软岩巷遥交叉点酶稳定. 关键词:软露巷道;交叉点;数值模拟;锸杆支护 中图分类号:TD
353

文献标识码:A

文章编号:1009—8992(2008)04—0009—03

Numerical Simulation Analysis

on

Anchor Bolt

Support at Soft_Rock Roadway J unctions
YANG Ming—yu,SONG Hong—wei,HE Yong—li,TANG De-kang
(School of Architectural Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221008,China) the soft-rock roadway of Enhong colliery in Yunnan province,this paper

Abstract:Based

on

an-

alyzes by nmuerical simulation the three supporting plans for soft—rock roadway j unctions.The results reveal that the full—face prestressed anchor bolt support improves the
stress concentraton

level of the junctions,which takes certain effect of pressure relief,and controlls the deformation of the surrounding rocks,which
ensures

the stability of the soft—rock roadway junctions。

Key words:soft—rock roadway;j unction;numerical simulation;anchor bolt support

长期以来,软岩巷道交叉点网岩稳定性控制一 直是图内外研究的焦点,也是岩士工程界有待解决 难题之一[1引。随着矿共舞采本平嚣盏黧深,矿井墟 层压力越来越复杂,导致软岩巷道支护也越来越困 难,尤其是软岩巷道交叉点处围岩暴露面积较 大[3州、跨越地质条件复杂、顶板破碎地带且应力集 中较严重,若支护不和,穰容易发生冒顼等事效。因 此,软岩巷道交叉点是巷道支护的关键部位,也是 其支护的重点和难点[和引.



工程概况
云南省恩洪煤矿生产能力为60万t/a,霹前新
800

羿采采平隽l

m。该开采承平水仓瑟联络巷道

围崭由强度较低的细砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩等 极易软化岩石组成,岩层节理十分发育,属典型的 软襄巷遘。原断巍势梯形,采耀矿工钢支护.虽多次 修复,但矿压显现明显,出现两帮严重挤入、顶部尖 顶、局部底臌等现象,巷道变形仍很大,顶底板之间 最小距离仅有0.8 m,严重影响正常使用和安全. 该矿软者慧遵采震圆形凝覆镭耔支护,巷道断 斌支护设计如嘲l所示.支护材料参数:锚杆规格
西22×2 200

牧藕日期:2008一lO~ll 熬众项目:国家重点基础研究973项目“不同尺度地质体的 力学特性及力学行为研究”(2002CIMl2703) 住赘簿贫:杨明字(1984--),男,辽宁鞍山人,硕士研究生。

mm,间排距500

mm×500

mm,锚固力
mm×

为70 kN;金属阏采用壬6.5圆钢,规格为125

万方数据

10

徐州建筑职且k技术学院学报

第8猩

125

mm;喷瀑力混凝±,溪度140 m跣

护,最终完成模型建立.计算方案数值模型详冤雕3.

垂1巷滋辑鬻支护谖量}
Fig.1 Design for roadway cross-section support

露2交叉点平面布重
Fig.2 Plane layout of

junctions

2数值模拟方案与参数
2.1数值模拟方案

本文采用数值模拟方法对软岩巷道围岩应力和变 形规律遴行骚究,分析交叉点锚囔结孝鼋的支护效果。 透过数筐模掇稔凌场王受性试验对如下3耪 方案进行模拟; 方案一:无锚杆支护软岩巷道稳定性分析.只 喷射混凝土、不施加预应力锚杆,通过数值模拟对 软岩巷道稳定性进行研究. 方案二:底板开放式预应力锚秆支护效果分 析。以顶板晕疆帮都打预应力锚秆及喷射混凝土的支 护方案进行数篷模拟,对软装巷遭链抒支护效果进 符分析. 方案三:全断面预应力锚杆支护效果分析.对 全断面锚杆支护并喷射混凝土进行数值模拟,研究 底锚杆对软岩巷道稳定性的作用. 2.2模型参数设计 数煎模拟所涉及的巷道围岩物理力学参数见 裘1.
表I巷遂鞭磐力学参鼗
Tab.1

(a)凭锚杆支护



/p}

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—rlrr“ i蕊,,kl矗

^一

_:女‘

}t二

(b)旅板开放式锚杆

(c)襞獗两锚轷支护 蚕3
Fig。3

3耪攀鬻方式戆镶餐支护枣萋
Layout of three
anchor

bolt supports

3数值模拟结果分析
3.1应力分析

通过数值模拟得到软岩巷道交叉点3种不同 支护方式的应力云图(觅图4).

Mechanics parameters of

roadway

surrounding rocks

2。3模羧模型的建立 软岩巷道设计断瑟为鼷形,半径为1。7I m,巷 道的平面布置如图2所承.通过对巷道影响范围进 行单因素循环可知局部开挖对距离巷道3~5倍跨 度内有明显影响,模型宽和高均取为30 m;模型垂 赢压应力按巷道不均匀上覆岩体自重应力考虑;模 拟模型采惩位移边界条件.软岩返修巷道模拟过程 巾考虑开挖影响,每次舞挖2 m,然磊送行锚释支
(b)筑援磐敖式镶耪支护

万方数据

第4期

杨明宇,等:软岩巷道交义点锚杆支护数值模拟分析 以及帮部位移夺予痰板拜教式谨杼支护产生的位 移,且远小于无锚释支护时变形量,表明软岩巷遭 交叉点支护一定要对底板进行必要的控制.其中图 5表明了巷道交叉点顶底板之间的相对位移:无锚 杆支护大于底板开放式锚杆支护;底板开放式锚杆 支护大于全断面锚杆支护,即全断面锚杆支护方式 有效地控制了交叉点藏围围岩的收敛变形,改善了 疆蔗板应力集中程度,曛卷的稳定牲褥浚增强,僚
强4 3餮不霹方炎支掺懿Y自应力
stresses

诞了巷道酶安全稳定秘燕常使用,圆对对防瞧底援 破坏和控制巷道围岩稳定性具有很大优越性. 全断面预应力锚杆支护方式可以有效控制复 杂应力软岩巷道交叉点变形,改善交叉点顶底板威 力集中程度,支护结构合理,充分发挥其支护的柔 性、主动、高强以及让滕等优点,对复杂地质条件下 静软岩交叉点也较为适耀。 凄

Fig.4

Y-normal

of three

anchor

bolt supports

由图可知:(1)应用锚杆支护方案有效地改善 了软岩巷道交叉点顶底板威力集中程度,并起到一 定卸压作用,同时控制了浅部岩体的收敛变形,有 霹j予整个支护系统的优化设计.(2)支护阻力能够 臻小巷道圈岩应变软化区域蒗豳,减小匿岩强凄软 化稷度。尤其是在底板镶栝作用下,底板垂岩承载 区域受力状况得到明显改善.在全断面锚杆支护体 系下,锚固岩体形成的完熬承载结构圈与深部围岩 服缩区域形成的围岩体主承载区相结合,从而形成 了更为广泛的区域巷道围耢承载结构,以实现对围 岩收敛变形的控制.
3.2牧敛变形分析





对软岩巷道交叉点支护的3种方案进行数值 模拟研究表明:全断面预应力锚杆支护改善顶底板 和帮部的应力集中程度,对交叉点底板起到一定卸 压作用,控制了交叉点的收敛变形量,保证了软岩 巷道交叉点匿砉稳定。采用预应力锚杆支护对软瓣 巷遂交叉点进行褒场施工,支护效果良努,经济技 零效益明显.同时,施王巾还应寻求支护与围岩共 同作用的恰当支护时机,以经济合理的支护阻力使 用支护来控制破碎岩体产生的有害变形. 参考文献:
[13宋宏伟,鹿守敏,周繁章.火松动鹅软岩巷遭支护口3.
建著蔹零,1994,(毒,S)119—23。

数值模拟毒昙裂懿软表戆遘交叉焘3耪不舞方 式支护的位移曲线如图5,圈6所示.

:∥#§
’● 一 一 一




-l-无支护

--II--纛扳帮敷

十令凝鞭

[22王襄蒉,辘建藏,毫襻。深并较岩返骖巷遘综合支护
躐掰/m

技术研究[J3.能源技术与管理,2004,(2>:32—34. [33张
and

图5顶底板榴对位移曲线
Fig.5 Relative displacement
O O O
塞 curves

华.深井软岩巷道返修锚喷支护的研究ED].徐

of roof

bottom

州:中国矿业大学,1999:38

4 3

i-43宋宏伟,郭志宏,周浆鬻,等.围岩松动圈巷道支护理 论的基本观点[J]。憩辨技术,1994,(21);3—9. Is]寒宏箨,张华,盏建警,簿.麓罐喷霆支护返修软岩黪遂

O O O O O O 0 2,§9 8 7



澄 毯

交爻熹酶实践蠢]。煤炭瓣学技零,1999,27(11):l一3。 [63李宝荣.掘送巷道交叉点支护使甩锚索悬吊u型镪粱 技术[J].山西焦煤料技,2004。(增刊):33—34. [73刘克功,徐金海.短髓歼采大断面多交叉点煤巷支护
暇掰/m

附三圣m鳓辩泖鼢蝴5%啷



技术[J].矿山压力与顶板管理,2005,(1):73—75. E83刘文涛,杨生彬,王晓义,簿.深都复杂地质条件下矿 著交叉点支护关键技零辫究[j]。探矿工程,2006,
(11):54—57。 of side vamp

圉6帮部饿移曲线
Fig.6 Displacement
curves

叁蓬《麓:全断嚣锚耪支护对顼褒板穰对位移

万方数据

软岩巷道交叉点锚杆支护数值模拟分析
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 杨明宇, 宋宏伟, 何永礼, 唐德康, YANG Ming-yu, SONG Hong-wei, HE Yong-li, TANG De-kang 中国矿业大学,建筑工程学院,江苏,徐州,221008 徐州建筑职业技术学院学报 JOURNAL OF XUZHOU INSTITUTE OF ARCHITECTURAL TECHNOLOGY 2008,8(4) 0次

参考文献(8条) 1.宋宏伟.鹿守敏.周荣章 大松动圈软岩巷道支护[期刊论文]-建井技术 1994(4,5) 2.王襄禹.柏建彪.高祥 深井软岩返修巷道综合支护技术研究[期刊论文]-能源技术与管理 2004(02) 3.张华 深井软岩巷道返修锚喷支护的研究[学位论文] 1999 4.宋宏伟.郭志宏.周荣章 围岩松动圈巷道支护理论的基本观点[期刊论文]-建井技术 1994(21) 5.宋宏伟.张华.盖建平 用锚喷网支护返修软岩巷道交叉点的实践[期刊论文]-煤炭科学技术 1999(11) 6.李宝荣 掘进巷道交叉点支护使用锚索悬吊U型钢梁技术[期刊论文]-山西焦煤科技 2004(增刊) 7.刘克功.徐金海 短壁开采大断面多交叉点煤巷支护技术[期刊论文]-矿山压力与顶板管理 2005(01) 8.刘文涛.杨生彬.王晓义 深部复杂地质条件下矿井交叉点支护关键技术研究[期刊论文]-探矿工程-岩土钻掘工程 2006(11)

相似文献(5条) 1.期刊论文 何满潮.李国峰.刘哲.蔡健.HE Man-chao.LI Guo-feng.LIU Zhe.CAI Jian 兴安矿深部软岩巷道交叉点 支护技术 -采矿与安全工程学报2007,24(2)
随着矿井开采深度的增加,地质环境趋于复杂,受围岩岩性和"三高一扰动"(即高地应力、高地温、高岩溶水压和强烈的开采扰动)的影响,使得深部软 岩巷道支护十分困难,巷道立体交叉部位的难度尤为突出.为了更好地解决交叉点难支护的问题,结合鹤岗矿务局兴安矿四水平单机车线与水仓十字交叉点 的工程实例,提出了柔层桁架支护的原理,基于FLAC3D软件,模拟了柔层桁架技术在深部中生代软岩巷道交叉点支护中的可适用性.工程应用效果表明,柔层 桁架支护技术能有效地控制深部软岩巷道交叉点的变形问题,是一种有效控制深部软岩巷道交叉点变形的支护形式.

2.期刊论文 张强 大跨度软岩巷道的锚注修复 -采矿技术2009,9(2)
采用锚注技术对林南仓矿业公司-650 m水平轨道斜井交叉点及周围巷道进行修复,有效地控制了软岩巷道中台棚在动压影响下围岩膨胀造成支护变形 严重的局面,标志着林南仓矿业公司在大跨度软岩巷道治理技术上新的突破.

3.期刊论文 宁帅.冯光明.牛建春.李建辉.韩晓东 交叉点区域软岩巷道围岩治理技术实践与应用 -能源技术与管理 2009(1)
简要介绍了采用墩柱、锚索、注浆联合支护方式治理新桥煤矿井底车场3<'#>交叉点区域软岩巷道的基本方法与措施.该技术为类似条件下交叉点区 域软岩巷道的根本治理提供了有效技术途径,具有一定的实用和推广价值.

4.期刊论文 吴雨星.WU Yu-xing 深部高应力强膨胀型软岩巷道支护对策研究 -矿业工程2008,6(5)
结合鹤岗矿务局兴安矿-502 m水平新副井井筒与马头门交叉点的工程实例,分析了深部中生代高应力强膨胀型软岩巷道交叉点的破坏特征,提出了柔 层桁架支护的原理及该技术的可适用性.实践表明,该支护技术能有效地控制深部软岩巷道交叉点变形的问题.

5.期刊论文 樊银辉 深部软岩矿井交叉点分类及破坏原因 -煤炭科技2010(3)
在矿山工程建设中越来越多地涉及到深部软岩巷道的稳定性控制等问题,也不可避免地遇到深部软岩地下工程交叉点问题,但目前对其分类及支护对 策的研究还很不完善,很不系统.对深部软岩矿井交叉点进行了分类,总结了其变形破坏特点,分析了其影响因素及破坏原因,并提出了交叉点支护的建议.

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