三锚_联合支护在软岩巷道的应用及数值模拟研究
２００９年９月孟庆彬等：“三锚”联合支护在软岩巷道的应用及数值模拟研究第１８卷弟９期
部位必须采取加强支护的特殊处理措施，～般可采
用高强预应力锚索对关键部位加强支护，从而有效
调动深部围岩的承载能力。２．２．３释放高应力
一般来说释放高应力常用的有两种办法：①采用卸压技术，主要有：在巷道两帮打深钻孔进行爆破卸压，在巷道顶、底、帮附近开挖卸压巷道，设计卸压孔及预留巷道围岩收敛【９１变形量，让围岩产生适当变形，减轻后期两帮的压力等措施；②采用锚索支护措施，锚索可将上覆不稳定岩层悬吊到深部稳定岩层，通过锚索体将高应力传递到深部稳定岩层，使围岩中的高应力得到释放，有利于围岩的稳定和减少围岩变形，改善支护效果。
３工程实例
３．１巷道地质概况
该巷道顶板和两帮位于三煤顶板富含水的粉细砂岩互层和细砂岩中，水平层理、斜层理发育，裂隙发育，围岩松软破碎，整体性差，地质条件和水文地质条件比较特殊；底板处于较稳定岩层。该段巷道埋深较大，由于受断层影响，构造应力很大，巷道支护难度大，顶板和两帮的变形剧烈，在施工过程中多次发生冒顶事故。
３．２巷道支护方案与支护参数选取
１）
支护方案。为了保证巷道顺利施工，降低
巷道修复成本，采用“三锚”联合支护方式，见图ｌ。
Ｃ
暑＼ｐ
／
一
＝一
８
一一
墨
！目
８ｆ
』一＝Ｉ
萎墨一１５０
４
７
＋１ｌｌ【！』
１５０
ｌ一商强锚杆；２一注浆锚杆；３一锚索；４一Ｃ４０混凝土，１５０ｍｍ厚图１巷道支护断面
２）支护参数。①高强锚杆：采用螺纹钢制作，材
料为１６Ｍ＿ｎＳｉ，直径为２０１１１５１１，长度为２
５００
Ｉ／１／１１，锚固长
度为１
４００
ｍｍ，排距为８００ｒｒｌｎｌ，采用树脂锚固剂端锚，
设计初锚力为５０ｋＮ；②注浆锚杆：采用Ｄ２５
ｉｎｌｎ
ｘ５
１／１１１１
无缝钢管，长度为２
５００
ｍｉｌｌ，间排距为１
６００
ｍｍ，注
浆锚杆与高强锚杆间隔布置；③锚索：锚索的规格
／９１５．２４ｒｒｉｌｌｌ×７０００
ｎａｌｎ，锚固长度为２
１００
ｍｍ，排距
为１
６００
ｍｍ，采用树脂锚固剂端锚，根据断面的大
小，在其拱左右肩窝以上布置２～４根锚索，设计初锚力为１５０ｋＮ；④药卷：采用Ｚ２３５０型树脂药卷，每根锚杆使用１～２卷，锚索使用３～４卷。
３）
观测结果。根据现场观测记录分析，该软
岩巷道的收敛变形分快速变形、缓速变形、趋稳变形和稳定变形四个阶段。巷道开挖后，围岩变形较大，并出现了冒顶，刚支护后以１～２ｍｍ／ｄ的速度变形，２０ｄ以后逐步趋于稳定，变形速度为０．５—
１ｍｍ／ｄ，４０
ｄ以后巷道变形量几乎为零。
４
ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟
４．１
建立模型
ＦＬＡＣ３Ｄ是美国ＩＴＡＳＣＡ咨询集团有限公司开
发的三维快速拉格朗日分析程序。该程序包含１１种弹塑性材料本构模型，有静力、动力、蠕变、渗流、温度等多种计算模型。能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏或塑性流动的力学特性，特别在材料的弹塑性分析、大变形分析、模拟施工过程等方面有其独到的优点。ＦＬＡＣ３Ｄ具有强大的数据处理、计算和后处理功能，目前在岩土工程界广泛应用。
根据该巷道复杂的地质条件和与其它巷道的空间位置关系，选择模拟区域。该模拟区域较大，沿ｘ轴方向长４９ｍ，Ｙ轴方向长５０ｍ，Ｚ轴方向长５０
ｍ，
共有４２５００个网格，４４９３１个节点，１０１５２个结构单元。本模拟建立的ＦＬＡＣ３Ｄ模型见图２，开挖之后的模型，见图３。
图２三维数值模拟模型
４．２模拟结果
本模拟所选择的岩层、支护体系的全部参数均严格按实际数值选择。为了与工程实际相符合，采用分部开挖法，并结合支护参数，选择每次开挖３．２ｍ，且以５次循环后开挖１６ｍ的巷道为研究对象，比较其支护前后的位移、塑性区的变化。并设顶板、两帮、底板三个监测点，监测其随开挖进尺推进的位移变化，并进行支护前后的比较。
２９
２００９年９月孟庆彬等：“三锚”联合支护在软岩巷道的应用及数值模拟研究弟１８卷第９期
图３三维数值模拟模型开挖
１）开挖后无支护的模拟结果见图４、图５、图６、图７。图７开挖不支护时监测点的位移与开挖进尺的关系２）开挖支护后的模拟结果见图８、图９、图
１０、图１１。
２００９年９月孟庆彬等：“三锚”联合支护在软岩巷道的应用及数值模拟研究第１８叁弟９期
图１１开挖不支护时监测点的位移与开挖进尺的关系３）模拟结果分析。开挖无支护：由图４可知，沿Ｘ方向的最大位移约为１４１２１１＂１；由图５可知，沿Ｚ方向的最大位移约为１８ｃｍ；由图６可知，开挖后不支护时的塑性区较大，巷道围岩松动圈较大，导致发生冒顶。工程实践表明，巷道开挖后多次发生过冒顶，这严重影响了巷道的正常施工；图７表明了巷道围岩监测点的位移与开挖进尺的关系，当巷道开挖掌子面距观测点较远时，对其位移影响较小。随着开挖进尺的增加，掌子面距观测点越来越近，其位移也越来越大，当掌子面接近时，位移急剧增加，当增加到某一数值时趋于稳定。图７中１５ｍ处的顶点最大位移约为２０ｃｒｔｉ，两帮最大位移约为６ｃｍ，底板最大位移约为５ｃｍ。
开挖支护后：由图８可知，沿Ｘ方向的最大位移约为２ｃｍ；由图９可知，沿ｚ方向的最大位移约为１．８ｃｍ；由图１０可知，支护后的塑性区较小，支护体系较好的加固了围岩，减小了松动圈的范围；图１１中１５ｍ处的顶点最大位移约为１．６ｃｍ，两帮最大位移约为８ｒｔｌｍ，底板最大位移约为１０ｍｉｌｌ。
这就说明该支护体系较好的控制了位移的变形，支护体系中锚杆、锚索参数的选择较合理，该支护体系能有效地防止巷道冒顶和底鼓的发生。模拟结果与实际监测结果相比较，两者基本相吻合。
５结语
１）工程实践表明，“三锚”联合支护技术可用于各类不稳定或复杂条件下的软岩巷道支护，通过锚杆支护、锚注加固、锚索加固的联合作用增强了围岩自身的支撑能力、有效的控制围岩变形，保持了巷道的稳定，支护效果良好。
２）软岩巷道采用“三锚”联合支护技术，提高了巷道的支护效果，保证了巷道的安全，降低了支护成本，减轻了工人的劳动强度，取得了巨大的经济效益和社会效益；对于软岩巷道的支护技术的研究探索也具有重大意义，也为解决软岩巷道支护难题开辟了新的技术途径。
３）运用软件进行数值模拟，并对模拟结果进行量化分析，对支护参数进行优化，这是对传统工程类比方法的补充与发展。运用数值模拟可以动态地反映出围岩和支护结构在施工过程中应力应变和位移的主要特征，为更合理的确定地下建筑设计与施工提供有利的参考。
参考文献：
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［４］沈明荣，陈建峰．岩体力学［Ｍ］．上海：同济大学出版社，２００６．
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［６］何满潮，孙晓明．中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４．
［７］何满潮，袁和生，靖洪文，等．中国煤矿锚杆支护理论与实践［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４．
［８］陈锡桃，李惠民，左常清，等．联合支护技术在软岩段巷道中的应用［Ｊ］．科技信息，２００８（４）：５２０－５２３．［９］王辉，高群山．“三锚”联合支护技术在高构造应力区巷道支护中的应用［Ｊ］．煤炭工程，２００６（７）：２６—
２７．
［责任编辑：王玉梅］
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山西省将专项督查煤矿企业兼并重组整合工作
山西省将在全省范围内开展煤矿企业兼并重组整合工作专项监督检查，重点检查相关企业、部门及责任人行为是否符合兼并重组工作的规定。
（煤编）
３１
"三锚"联合支护在软岩巷道的应用及数值模拟研究
作者：孟庆彬， 孔令辉， 门燕青， 王岩岩
作者单位：孟庆彬,孔令辉,门燕青(山东科技大学,土木建筑学院,山东,青岛,266510)， 王岩岩(哈尔滨工业大学(威海),山东,威海,264209)
刊名：
煤
英文刊名：COAL
年，卷(期)：2009,18(9)
参考文献(9条)
1.王辉;高群山"三锚"联合支护技术在高构造应力区巷道支护中的应用[期刊论文]-煤炭工程 2006(07)
2.陈锡桃;李惠民;左常清联合支护技术在软岩段巷道中的应用[期刊论文]-科技信息 2008(04)
3.何满潮;袁和生;靖洪文中国煤矿锚杆支护理论与实践 2004
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8.何满潮中国煤矿软岩巷道支护理论与实践 1996
9.赵双德软岩巷道支护技术研究[期刊论文]-科技信息 2007(22)
本文链接：https://www.360docs.net/doc/065678370.html,/Periodical_m200909011.aspx