底抽巷支护方案设计及围岩稳定性数值模拟分析

FLAC3D数值模拟软件开展研究。根据经验设计底抽巷支护参数，开展数值模拟研究。对模拟

掘支后的围岩稳定性和支护结构受力进行分析。结果表明，2305底抽巷受到2305 X作面回采

动压影响较为明显，巷道变形以顶板和左帮变形为主，2305底抽巷垂向围岩应力为18 MPa, 略高于原岩应力；两帮锚杆受力较为明显，部分锚杆达到其极限荷载，而顶板锚索受力偏小，

应加强矿压监测，及时调整巷道支护参数。关键词：数值模拟；底抽巷；支护设计；稳定性分析中图分类号：TD353 文献标识码：B 文章编号：2095-5979（ 2020）02-0005-04Support scheme design of bottom pumping roadway

and numerical simulation analysis of

surrounding rock stabilityGuo Chao1, Li Yang2(1. Shanxi Lu^an Mining (Group) Corporation Ltd., Changzhi 046204, China; 2. North China Institute of Science and

Technology, Beijing 101601, China)Abstract: In order to analyze and study the design feasibility of support scheme and the stability of support efiect of the bottom extraction roadway in Changcun Mine, the method of numerical simulation was used to carry out the research.

According to the selection and experience of the previous support parameters, the support parameters of the bottom extraction roadway were designed, and the numerical simulation research was carried out according to the simulation

parameters. The stability of surrounding rock and the stress of supporting structure after simulated excavation and support

were analyzed. The results showed that the influence of mining dynamic pressure on 2305 bottom extraction roadway was

obvious, the deformation of roadway was mainly the deformation of roof and left side, and the vertical stress of surrounding rock in 2305 bottom extraction roadway was 18MPa, slightly higher than the original rock stress; the stress of two side bolts

was obvious, some bolts reached their ultimate load, while the roof was slightly higher, the stress of the anchor cable was too

small, so the next step was to strengthen the monitoring o£ the mine pressure and adjust the supporting parameters of the

roadway in time.Key words: numerical simulation; bottom extraction; support design; stability analysis1概况结合常村煤矿现场工程地质条件，开设2305工作面底抽巷，如图1所示。2305工作面底抽巷

断面为矩形，其尺寸为净宽X净高=5.0 mx 3.5 m, 沿3号煤底板施工，采用锚网索支护。责任编辑：任伟 D0I： 10.192867j.cnki.cci.2020.02.002基金项目：国家自然科学基金（51274106）作者简介：郭 超（1987—），男，辽宁阜新人，博士后，工程师。通讯作者：李洋（1986—）,女，满族，辽宁开原人，硕士。引用格式：郭超，李 洋.底抽巷支护方案设计及围岩稳定性数值模拟分析[J].煤炭与化工，2020 , 43（2）： 5-&52020年第2期煤炭与化工第43卷150图1 2305底抽巷围岩模型Fig. 1 Wall rock model of 2305 bottom drainage roadway在2305工作面完成开采后，如图2所示，由

于2305顺槽采用沿空留巷支护技术，在巷旁充填 柔模混凝土墙，对临近工作面及其底板产生较为明

显动压影响，而2305底抽巷受到2305工作面回采

动压的影响，造成2305工作面底抽巷围岩变形较

大，支护结构受力明显，23061作面煤体侧形成 较为明显应力集中区，并传递到底板围岩上，形成 应力集中区，并对2305底抽巷产生一定动压影响。图2 2305工作面回采后围岩模型Fig. 2 Post-mining wall rock model of working face 23052模型建立及参数选取本文采用FLAC3D软件进行模拟分析。根据模 拟精度不同，划分6类大小不同的单元，模拟单元 共28 900个，模型尺寸为120 m x 60 m x 80 mo建

立的数值模拟模型如图3所示，模型网格划分如图 4所示。图3工作面力学模型Fig. 3 Working face mechanics model根据岩石力学理论的分析，并结合现场资料和

6实验室试验数据，此次数值分析采用摩尔库伦本构 关系，围岩的物理力学参数根据现场和实验室实测

数据选取。模拟目的有3个。①分析临近2305轨顺开挖

后巷道围岩稳定性影响；②分析2305工作面回采

对2306工作面及顶底板围岩稳定性的影响；③分

析2305底抽巷围岩及支护结构的稳定性。Fig. 4 Meshing model3支护方案设计通过垂向应力分析可知，2305底抽巷垂向应 力区间值为19 MPa。3.1顶板支护杆体为22号左旋无纵筋螺纹钢筋，屈服强度 不低于500 MPa,长度2.4 m,杆尾螺纹为M24。

采用2支MSCK2350树脂药卷锚固，钻头直径为

30 mm。锚杆配件采用高强锚杆螺母M24,配合高

强托板调心球垫和尼龙垫圈，托盘采用拱型高强度 托盘，承载能力不低于300 kN,托盘高度不低于

36 mmo双钢筋托梁规格型号为 16 mm x 5 000

mm x 900 mm x 120 mm （6 眼）。网片规格采用金属网护顶，材料为10号铁 丝，网孔规格30 mm x 30 mm,网片规格5 600

mm X 1 100 mmo用16号铅丝联接，双丝双扣，孔

孔相连。锚杆每排每帮布置4根锚杆，锚杆间距

950 mm,排距1 000 mmo锚杆预紧扭矩要达到 300 N-m,且不能超过390 N・m。锚杆扭矩施加时

间控制在30 min以内。检测锚杆拉拔力不小于19

To3.2巷帮支护杆体为22号左旋无纵筋螺纹钢筋，屈服强度

不低于500 MPa,长度2.4 m,杆尾螺纹为M24。

锚固方式树脂加长锚固，采用2支MSZ2350树脂

药卷锚固，钻头直径为30 mm。锚杆配件采用高强 锚杆螺母M24,配合高强托板调心球垫和尼龙垫

圈，托盘采用拱型高强度托盘，承载能力不低于

300 kN,高度不低于36 mm。网片规格采用金属网

护帮，材料为10号铁丝，网孔规格30 mm x 30

mm,网片规格3 400 mm x 1 100 mm。用16号铅丝

郭超等：底抽巷支护方案设计及围岩稳定性数值模拟分析联接，双丝双扣，孔孔相连。锚杆每排每帮布置4

2020年第2期390N-mo检测锚杆拉拔力不能小于19 T。帮锚杆

打设时，帮顶角锚杆与水平线呈+10。角，帮底角

根锚杆，锚杆间距950 mm,排距1 000 mm。采用

W钢护板支护，W钢护板规格5 mm X 280 mm X锚杆与水平线呈角，其它帮锚fl唾直煤墙打设。具体支护方式如图5所示。450 mmo锚杆预紧扭矩达到300 N・m,且不能超过

022 x 6 300 锚索

（小五花）2 400强力锚杆 距 900x10009典 91)0产o s 61 000「I両麻梁瓦斯管风筒W钢护板1000 一 ”16501650 一1950:------1H /

300©22x2 400强力锚杆间排距950 x 1 000—O56风筒「—O56L b80皮带W 1300s卜

_

]50(r屮庙畝管

排水督忌1 &5 200

图5 2305底抽巷支护参数」Fig. 5 Supporting parameters of 2305 bottom roadway4 2305底抽巷稳定性分析为了应对2305工作面回采动压影响，2305底 抽巷采用较高支护强度，所以主要分析2305工作

略高于原岩应力。4.2支护结构受力分析整体锚杆轴力分布如图9所示，巷道两帮锚杆 受力明显大于巷道顶板锚杆。其中，左帮锚杆轴力

面回采后2305底抽巷的稳定性。最大，为149.1 kN,接近锚杆极限荷载，而顶板锚 杆轴力极限值为65.2 kNo由于两帮锚杆轴力接近

4.1围岩稳定性分析随着2305工作面开采，2305底抽巷围岩应力 逐步提高，围岩变形情况进_步加剧，顶板监测点

其极限值，应加强对两帮锚杆的监测，及时补打破 坏帮锚杆。顶板监测点. ”左帮监测点5.55.0i \\4.5 -右帮监测点J4.03.53.0 -/2.5I1.2.0 •1.5—底板监测点1.0 -0.50.5

1.0

从35.3 m增加到56.8 m,围岩变形增加近1.6倍,

如图6所示，随着动压影响减低，围岩变形速率明 显降低。巷道围岩变形稳定后，巷道的围岩位移如

图7所示，巷道顶板和两帮变形明显大于巷道底

板，巷道顶板变形量较大，为56.8 mm,左帮的变 形量次之。2305工作面开采后，在2305回采工作面和 2305轨顺顶底板形成较为明显的应力降低区，同

时也造成这些区域围岩破坏，以及2306工作面煤

体和顶底板围岩应力集中，如图8所示。2305底

1.5 2.0 2.5抽巷位于远离应力集中区和应力降低区交接范围

图6 2305底抽巷监测Fig. 6 Bottom drainage monitoring of 2305 roadway内，顶板稳定性好，顶板围岩应力处于18 MPa,

72020年第2期煤炭与化工第43卷I叶 o.ooooMantoSJM=1貫屮朋)oo*-o(B1.0000ft-002to1JOOO*-00215000*~00282JMOOh~da2-215000*~00283JMn0h~OO2S.0M»d-D®s3MOMV2S50Ok-Dl»to4.lXlO0e-4W24XMS6-W1to450»e-4»2

45000©-l)l»to5.Ml00e-002 5.<»ak-4)intp53(ioo53000e-002toSMUe-002图7底抽巷围岩变形分布Fig. 7 Deformation distribution of surrounding rock of bottom

drainage roadway图8围岩垂向应力云图Fig. 8 Cloud of vertical stress surrounding rock图9锚杆支护受力示意Fig. 9 Supporting force of bolt锚索将顶板深部与巷道浅部岩体相连，限制深 部围岩离层变形，支护效果较好。从顶板锚索轴力 分布可知(图10),在巷道顶板锚索两端受力较

小，中间较大，锚索最大轴力为167.8 kN,小于锚

索抗拉极限。加强锚索受力监测，适当降低锚索支 护强度。5结论结合2305底抽巷的应力状态，进行2305底抽

巷支护设计，建立2305底抽巷的围岩力学模型，

进行稳定性分析。(1 ) 2305底抽巷受到2305工作面回采动压8影响较为明显，巷道变形以顶板和左帮变形为主,

2305底抽巷垂向围岩应力为18 MPa,略高于原岩

应力。图10锚索轴力分布Fig. 10 Axial force distribution of anchor cable(2)两帮锚杆受力较为明显，部分锚杆达到

极限荷载，而顶板锚索受力偏小，应加强矿压监 测，及时调整巷道支护参数。参考文献：[1] 宋文侠•综掘技术在煤矿底抽巷(岩巷)施工中的应用探 析[J].机械管理开发，2019 , 34 (11)： 280-281.[2] 安 邦.底抽巷穿层预抽卸压技术在中兴煤业的应用分析[J].

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