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中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)

高應(yīng)力軟巖巷道耦合支護(hù)研究――柏建彪
發(fā)布時(shí)間: 2016年2月26日
來(lái)源： 中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)
目的 　　 隨著礦井開(kāi)采向深部延伸，一次支護(hù)難以控制深部高應(yīng)力軟巖巷道的長(zhǎng)期流變，通常需要進(jìn)行二次支護(hù)。但解決二次支護(hù)在時(shí)間和強(qiáng)度上與圍巖變形之間的耦合問(wèn)題十分困難，本文利用FLAC2D數(shù)值計(jì)算軟件中的指數(shù)蠕變模型，研究高應(yīng)力軟巖巷道二次耦合支護(hù)問(wèn)題。 方法 　　 利用FLAC2D數(shù)值計(jì)算軟件中的指數(shù)蠕變模型，研究高應(yīng)力軟巖巷道二次支護(hù)與圍巖變形之間的耦合問(wèn)題。首先，根據(jù)試驗(yàn)巷道生產(chǎn)地質(zhì)條件建立數(shù)值分析模型，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用反分析法，確定模型中各力學(xué)參數(shù)。模擬過(guò)程中每一計(jì)算步所需時(shí)間設(shè)為100 s，并采用分步計(jì)算的方法，即一次支護(hù)計(jì)算平衡后，再分別計(jì)算二次支護(hù)時(shí)間、支護(hù)強(qiáng)度等對(duì)圍巖蠕變速率的影響規(guī)律，進(jìn)而分析高應(yīng)力軟巖巷道圍巖應(yīng)力與位移的時(shí)變規(guī)律、以及該時(shí)變規(guī)律與二次支護(hù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。 結(jié)果 　　從數(shù)值分析結(jié)果中可以看出，試驗(yàn)巷道一次支護(hù)后：①變形初期（0～10 Ms）圍巖移近速度比較劇烈，穩(wěn)定后圍巖移近速度約為0. 08 μm/ s（即6～7 mm/ d），數(shù)值分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了該模型的合理性，同時(shí)也表明一次支護(hù)不能保證巷道的穩(wěn)定。②應(yīng)力演化與圍巖移近速度具有相似的時(shí)變規(guī)律，一次支護(hù)后1.5～2 Ms（即415～555 h），巷道周邊應(yīng)力與圍巖變形速度都逐漸趨于穩(wěn)定，說(shuō)明應(yīng)力與圍巖變形速度穩(wěn)定的時(shí)間基本一致，若二次支護(hù)過(guò)早（小于1 Ms），巷道處于應(yīng)力演化與圍巖變形的劇烈影響期，二次支護(hù)難以抵抗強(qiáng)大的變形壓力。二次支護(hù)后：①二次支護(hù)滯后時(shí)間為200 h時(shí)，圍巖的蠕變速度最大，隨著二次支護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，圍巖蠕變速度逐漸減小，600 h時(shí)達(dá)到最小值，這與巷道周邊應(yīng)力和圍巖移近速度穩(wěn)定的時(shí)間段非常接近，合理的二次支護(hù)時(shí)間應(yīng)處于應(yīng)力與圍巖移近速度趨于穩(wěn)定的時(shí)間段附近。②隨著二次支護(hù)強(qiáng)度的提高，圍巖平均蠕變速度逐漸減小，但支護(hù)強(qiáng)度超過(guò)0.25～0.30 MPa后，蠕變速度基本保持不變，高應(yīng)力軟巖巷道存在一個(gè)合理的二次支護(hù)強(qiáng)度范圍，超過(guò)該強(qiáng)度范圍巷道圍巖蠕變速度不會(huì)有明顯降低。注漿加固范圍對(duì)圍巖蠕變速度的影響規(guī)律類(lèi)似支護(hù)強(qiáng)度的影響規(guī)律，超過(guò)一定加固范圍后蠕變速度變化不明顯，綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，試驗(yàn)巷道二次支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)在0. 25～0. 30 MPa之間，注漿半徑不應(yīng)小于3 m。 結(jié)論 　　 基于FLAC2D指數(shù)蠕變模型得到的數(shù)值分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)基本吻合，驗(yàn)證了該模型的合理性。計(jì)算結(jié)果表明，巷道周邊應(yīng)力與圍巖移近速度穩(wěn)定的時(shí)間基本一致，若二次支護(hù)過(guò)早（小于1 Ms），巷道處于應(yīng)力演化與圍巖移近的劇烈影響期，二次支護(hù)難以抵抗強(qiáng)大的變形壓力。在巷道周邊應(yīng)力和圍巖變形速度趨于穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行二次支護(hù)，圍巖蠕變速度最低，針對(duì)試驗(yàn)巷道，合理的支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)在0. 25～0. 30 MPa之間，注漿加固半徑不應(yīng)小于3 m。 現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)表明，采用指數(shù)蠕變模型得到的二次支護(hù)強(qiáng)度范圍，在圍巖變形速度穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行二次支護(hù)，可以使二次支護(hù)在時(shí)間和強(qiáng)度上與圍巖變形實(shí)現(xiàn)耦合，有效控制了高應(yīng)力軟巖巷道的強(qiáng)烈變形、保持了巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定。