锚杆注浆联合支护大断面煤仓硐室围岩稳定性研究.pdf

第23卷第3期湖南科技大学学报(自然科学版)Vol.23No.3
2008年9月JournalofHunanUniversityofScience&Technology(NaturalScienceEdition)Sept.2008

锚杆注浆联合支护大断面煤仓硐室围岩稳定性研究

张华伟1,彭文庆2,3

(1.湖南省湘煤集团金竹山矿业公司,湖南冷水江417500;2.煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,湖南湘潭411201;
3.湖南科技大学能源与安全工程学院,湖南湘潭411201)

摘要:以土朱矿井煤仓硐室为例,运用松动圈理论和组合拱理论分别计算了硐室围岩稳定性系数,2种理论计算得到硐室围
岩稳定性系数均大于1.1,证明了锚杆注浆联合支护设计参数符合硐室围岩安全稳定的要求.运用FLAC4.0数值模拟软件计算分析
了大断面硐室围岩的稳定性,建立了无支护、锚杆支护、锚杆注浆联合支护3种模拟方案,分别分析了3种方案时硐室围岩的变形
情况,模拟结果显示锚杆注浆联合支护的巷道顶底板和两帮收敛量都较小,底鼓量也较小,能保证该巷道围岩的长期稳定.最后运
用工程类比法确定采用锚杆注浆联合支护方案,并通过后期现场观测,证明锚杆注浆联合支护效果良好,能够保证硐室围岩的长期
安全稳定.图4,参7.
关键词:大断面;煤仓硐室;围岩稳定性;数值模拟;锚杆注浆联合支护
中图分类号:TD31文献标识码:A文章编号:1672-9102(2008)03-0014-04

土朱矿井位于金竹山矿区南段中部,为涟邵矿业工程中主要的技术难题之一,因此,进行合理支护设
集团金竹山实业有限公司之骨干矿井,1970年建成投计与施工具有重要意义.
产,设计生产能力40万吨/年,矿井为平硐暗斜井开
1围岩失稳理论分析
拓,一水平标运输大巷标高为-50m,二水平运输大巷
标高为-250m,目前矿井正处于水平接替时期.-50m隧道及地下工程的围岩安全性评价所关注的是
水平硐室包括翻车机硐室、煤仓以及给煤机硐室.-50围岩中破坏区和危险区的范围、深度、形成的机理以
m翻车机硐室长9m,净宽6m,净高5.6m,净断面及危险状态在施工过程中的演化特性.在这个状态恶
30.96m2.在重车进车方向设单道阻车器,在空车出车化直至破坏的过程中,需要不断地根据应力或变形信
方向设爬车机,补偿高差2.0m.-50m煤仓全高17息来评价围岩的稳定性状态.运用突变理论来研究围
m,仓高13.2m,有效储煤高度9m,煤仓直径4.6m,有岩体的失稳判据问题,主要是用来阐述系统中某些变
效容积150m3.-50m煤仓给煤机硐室位于煤仓出煤量为何从连续逐渐变化导致系统状态的突然变化,据
口下部平台,平台高1.8m,宽3.6m,长3.2m,平台下此理论可以给出岩体的塑性体积判据.
煤仓中线底板高度2m.煤仓直径4.6m,开挖直径5.6
1.1岩石稳定性的塑性体积判据
m,浇注混凝土厚度为0.5m.
该硐室埋深约400m,围岩主要为泥质粉砂岩,由据塑性岩石力学理论和现有的室内岩石压缩试
于硐室跨度大,施工工艺复杂,硐室开挖后,应力重新验结果,岩石在进入塑性软化后,常伴随有体积扩容
分布,会发生局部范围的应力集中,围岩塑性变形严形式的塑性体积,同时,还可发现一定的软化状态对应
重,承载能力急剧下降,在较小的采动影响下,就有片着一定的塑性体积应变,据此,给出一个通过岩塑性体

P
帮和冒顶现象发生,造成支护极为困难,是矿井延深[1]
积变化量εV来表达的岩石稳定判据,其表达式为:
收稿日期:2008-03-28
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50674045)
作者简介:张华伟(1965-),男,湖南涟源人,工程师,主要从事矿山安全研究.

14
P
(ε)f自重考虑,模型两侧面施加随深度变化的水平压应
S=V.
P力,模型下表面垂直位移固定,左右两侧水平位移固
εV
P定.网格划分见图1所示.
式中:S为岩石稳定性系数;(ε)f为岩石达到残余破
VJOBTITLE:
(10*1)
PFLAC(Version4.00)6500
LEGEND
坏强度时的永久性塑性体积应变;ε为各种应力状态11-Jul-0717:125500
Vstep0
-1.000E+01<X<7.000E+01
-1.000E+01<Y<7.000E+014500
下的岩石塑性体积应变.Gridplot
02E13500
岩石工程破坏是一种与它的某种使能改变或消2500
1500
失对应的工程状态.工程系统失稳的直接原因是由于0500
-0500
岩石材料的破坏,但材料破坏不等于工程系统就一定ItascaConsultingGroup,lnc.
lvlinneapolis,MinnesotaUSA-0.5000.5001.500