松软煤帮巷道支护方案的比较研究

摘 要：由于软岩具有变形量大，来压迅速和长期流变等复杂的工程性质和特点，因而软岩巷道的支护成为了一个难题。根据我国赵庄矿井的具体情况，针对巷道工程地质环境，巷道煤岩体破坏机理分析和比较，来突出松软煤帮巷道支护方案，相对于传统的支护方案更具有科学性和可行性。

关键词：巷道支护；机理分析；松软煤帮

中图分类号：TD353 文献标识码：A

1 巷道工程地质环境

我国巷道支护技术的应用，主要是为了确保矿井的安全性、有效性、快捷性，以此实现矿井生产的高效率。当前煤矿巷道支护的主要形式为锚杆支护。而针对松软煤帮巷道，给支护技术提出了更多更高的要求，而如果继续采用锚杆支护技术，将不利于这一类型巷道的支护效果，造成围岩变形扩大，严重损坏支护构件，影响巷道安全。

2 巷道煤岩体破坏机理分析

2.1 巷道无支护条件下破坏机理分析

对破坏机理的研究分析，需要着手应力的分析，依据应力状态下的极力平衡分析可以得出如下结论，无支护的状态下，两帮的极限应力分为垂应力和水平应力，状态极其不稳定，随着应力的变化，垂应力达到一定极限状态时，巷道两帮发生收缩破坏，使巷帮对底板的支撑能力减弱，导致挠度增加，进而发生顶，底板断裂的现象，此时煤体的抗压强度则为零，导致垂应力和水平应力均为零应力状态产生，从而使深度煤体失去约束，导致巷道围岩的连锁式反应，发生失稳的现象。

2.2 支护作用力分析

将法向支护作用用字母P表示，这两帮处于强度极限时的应力状态时刻处于变化中，无支护时候的状态相对比，支护力是法向力提升了，因而导致了切向极限应力提升了。可见，两帮所能承受的的支承压力的强弱和支护力息息相关。在支护力P的作用下，当两帮发生强度破坏，也就是当粘聚力的数值变为0时的应力状态。由此可知，即便两帮的单轴抗压强度的数值为0，巷道进入松动变形的状态下，通常情况中，在支护力的作用下，巷道仍然可以有一定的负荷承载能力，而且承载能力的强弱和支护力的大小以及两帮的表面距离成正比例关系。

3 不同方案的支护分析

3.1 模型建立

为了比较不同方案的支护效果，有效的了解巷道变形的破坏状况，本文将采用建立数值模型，利用数字模拟的办法，进行直观的对照和比较。模型的建立以实际情况为基准，并且进行抽象简化的布局，应用摩尔-库伦的准则，统一采用界面单元来模拟岩层层面，采用锚杆单元来模拟锚杆。模型的模拟范围设定为长120m×40.5m，一共将会划分出4998个单元，模型顶面施加的匀布载荷为标准的P=12.5MPa，用来代替上面覆盖的厚500m的土层压力。应用应力边界条件，在模型表面均匀的施加垂直压应力，随着深度的变化，两边则施加与之同步的水平压应力，下表面的垂直位移固定。相应的数值模型详见数值模拟图，如图1所示。

3.2 模拟方案

为了对巷道不同支护方案的研究和分析，下面分别建立了4种类型的支护方案，其中：

模型一：无支护；

模型二：锚杆支护，顶板位置设6根锚杆，Φ22mm×2000mm，间距为1m，在两侧分别布置5根锚杆，帮锚杆与上方的顶锚杆间距，规格相同；

模型三：锚杆支护，顶板位置设6根锚杆，Φ22mm×2000mm，间距为1m，顶板位置设2根锚索，Φ15.24mm×7000mm，间距为2.4m，两侧分别布置5根锚杆和2根锚索，帮锚杆的上方顶锚杆的间距，规格相同；

模型四：锚杆支护，顶板位置设8根锚杆，Φ22mm×2000mm，间距为1m，顶板位置设2根锚索，Φ15.24mm×7000mm，间距为2.4m，两侧分别布置6根锚杆和2根锚索，帮锚杆的上方顶锚杆的间距，规格相同。

四种方案模型不同，对其结果进行总体分析。

3.3 模拟结果分析

在巷道无支护的的状态下，随着巷道掘进的深入，岩层的原岩应力，发生了一定的变化，明显的重新分布。巷道的顶板也发生了一定程度上的变形和损坏，产生了严重的离层现象。而与之相比，模型三和模型四在顶板位移量和两帮位移量方面分别减少了75%和90%，但是比较模型三和模型四我们也可以很明显的看出，增加锚杆的数量，并不能很好的减少巷道的变形，但比较两个模型，模型三更为经济和实用。

结语

（1）松软煤帮巷道支护有一定的困难，在实际操作中应采取锚索联合支护的方案，才能有效的防止巷道变形；

（2）根据上文的数值比较分析，模型三的方案更能有效的防止巷道变形；

（3）从现场矿压的检测结果可以看出，采用上述方案中的模型三的设计支护方式，顶板的位移量为57mm，其中在靠近工作一侧的位移量的最大数值则为127mm靠近实体煤一侧位移量的最大数值则高达106，相当接近模拟数值结果，从另一个角度范阳了数值模型是比较合理可行的，其结果也是比较可信的。

参考文献

[1]英国梁，王国栋，窦波洋，朱现磊，潘长春.深井高应力非常规断面动压巷道支护技术研究[J]. 中国矿业，2009（04）.

[2]殷石阳.陈四楼煤矿-720水平辅助回风大巷支护技术与巷道稳定性研究[J].中州煤炭，2014（07）.