注浆锚索的三维数值模拟研究及应用.pdf

煤炭科技
2015年第4期
86
COAL SCIENCE TECHNOLOGY MAGAZINE
2015
文章编号:1008-3731(12015)04-0086-04
注浆镃索的三绯数值揪研究及应用
史天智1,王新兵
(1.同煤浙能麻家梁煤业有限公司,山西朔州0360002.器龙江龙煤集团鹤岗分公司,黑龙江鹤岗154100)
摘要:由于软岩矿物成分及其力学特征的复杂性及地应力的升高导致了软岩巷道具有自稳
时间短、变形量大且易遇水膨胀等特点,严重制约了巷道支护强度,是目前国内外地下工程支
护难题之一。本文采用 FLAC软件,建立了不同条件下的数值模型,对南山煤矿-180m水平运
输大巷注浆锚索支护前后的围岩应力场与位移场进行了分析。模拟结果显示,在注浆锚索的作
用下可以有效控制巷道的变形,显著提高了该矿围岩的强度和自身所承载的压力,并且讨论了
在不同支护方式的情况下,巷道表面位移的数值变化。
关键词:软岩:港道支护:围岩应力场:注浆销索:数值模拟
中图分类号:TD353文献标志码:A
目前软岩巷道在支护实践过程中证明了单纯提李慎举等8通过数值模拟对锚杆注浆支护工程进行
高支护体强度很难取得理想的支护效果。随着人们模拟,确定了锚杆注浆支护理论参数。庞建勇-等
对软岩变形特性规律的深入研究,注浆锚索加固技对高应力软岩特性巷道发生底鼓及顶板失稳等现象
术已成为一种经济、合理、有效的加固巷道破碎围岩进行分析,将高应力软岩巷道的失稳原因分为巷道
的方法。通过对南山煤矿-180m水平运输大巷进行全周边弱支护与局部弱支护两种情况。
注浆错索数值模拟,表明注浆锚索适用于该矿巷道1矿井地质概况
软岩特性的支护,能够有效控制巷道变形。
20世纪60年代,奥地利工程师工V? Rabcewicz
南山煤矿二水平东部区-180m运输大巷,布置
提出了新奥法-、此方法已成为目前地下工程主在3煤底板中。煤层顶板直接顶为灰白色中砂岩、底
要的施工方法之一。国内学者对矿井的支护也进行板为中砂岩。该区域存在南1、南6和南18断层,3
了大量研究,何满潮等-?通过对深部开采软岩巷条大断层产生许多次生断层,彼此切割,对煤层的正
道变形破坏机理的研究,提出锚网索联合支护理论。常赋存造成严重的破坏。特别是南18断层对东部区
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176mm节距牵引系统在清水营110205、金风
176mm节距采煤无链牵引系统优化了设计,改
煤矿11801、羊场湾煤矿120211工作面生产过程进了结构,优选了材料和工艺,将1920kW大功率
中,采煤机运行平稳,销排和行走轮无断裂,磨损量采煤机牵引系统机械强度提高到1350kN,实现了
与147mm节距牵引系统相比明显减小。平均过煤20°~30倾角大功率采煤机双向、降速上行割煤,牵
量在90万t时,采煤机导向滑靴侧面、行走轮接触引系统故障率大幅降低,过煤量200万t无故障,取
面磨损量为1mm,刮板运输机斜切进刀段销排磨损得了良好的经济和社会效益。
量为1m,中部销排磨损量仅为0.5mm。平均过
煤量在200万t时,采煤机导向滑靴侧面、行走轮接
作者简介:田生文(1963一),男,宁夏银川人,2000年
触面磨损量为1.5mm,刮板运输机斜切进刀段销毕业于中央党校经济管理专业,神华宁夏渫业集团机电管理
排磨损量为1.5mm,中部销排磨损量仅为1mm
部高级工程师。
4结语
(收稿日期:2015-08-20)
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的开采影响比较大,-180m运输大巷在开拓和维护行,注浆时注浆泵上的缸体需更换为专用缸体。
过程中受该断层构造的影响均比较明显,呈现软岩
3数值模拟分析
特征,动压强烈,变形严重,支护极其困难。该区域3
煤呈近单斜构造,赋存较稳定,水文地质条件较复3.1数值模型的建立
杂。经现场地应力测量,-180m水平地应力结果如
针对南山煤矿东部区巷道变形破坏严重难以支
表1所列。
护的问题,选取-180m运输大巷为研究对象,对其
进行计算分析。
表1南山煤矿-180m水平地应力测量结果表
运用 FLACD有限差分-软件,建立-180m
钻孔深度
主应力
运输大巷地质工程模型和支护力学模型,模拟巷道
大小
倾角垂向应力
主应力(MPa)方位角()(°)(MPa)
变形过程。本模拟以-180m运输大巷所处工程地质
环境为基础,对直墙半圆拱断面巷道进行注浆锚索
180m
l4.865129,3020374-15620数值模拟。此模拟计算范围长x宽x高=40x4.2
运输大巷508
o227.20847.156
20.18515.620
o319.907177979-60.64915.620×3.4m
采用的支护形式为注浆锚索支护,间排距
2-180m水平运输大巷支护方案
为1500×1500mm。该模型初始条件设定为:侧面
禁止水平移动,底部固定,Z方向施加15MPa的荷
2.1支护形式
载,代表上覆岩体的自重边界,用 CABLE单元模拟
通过对南山矿-180m水平运输大巷具体工程锚索。材料破坏符合Mohr- Coulomb强度准则。建立
地质环境特征及地应力的分析,确定了巷道稳定性工程地质模型和支护力学模型,如图3、4所示。
控制对策,提出了采用注浆锚索加强支护方案。支
护断面如图1所示。
图1锚索支护断面
图3工程地质模型
(1)注浆管:标准注浆管长度只有2m,需将标
准注浆管进行加工。因注浆管管壁较薄,使用电焊
焊接时一触即漏,需在管体外部使用报废的水针外
套做帮条,保证注浆管无泄漏点。将注浆管加工成8
m长,如图2所示,以保证注浆顺利进行
ー标准注浆管(2.0m)
自制加长型注浆管(8.0m)
图2注浆管示意
图4支护力学模型
(2)注浆材料:选择水泥浆液作为注浆液,水3.2应力场分析
泥与水的配比为1:3;
注浆锚索支护应力场如图5、6所示。
(3)注浆设备:注浆时使用由山东交院机械厂
数值模拟结果表明,在注浆锚索支护状态下,底
出产的ZBQS-12/10型多功能气动双液注浆泵进板的水平及垂直应力集中区域明显减小了,明显改