基于FLAC软件的锚杆支护设计系统在某矿的应用

基于FLAC软件的锚杆支护设计系统在某矿的应用

顾登贤胡振法

摘要：基于目前我国锚杆支护理论和设计方法还不完全完善的现状，采用了基于FLAC软件编制的锚杆支护设计系统，在某矿2315工作面皮带巷进行了设计试验，并对设计效果进行了矿压观测。结果表明，现有锚杆支护技术方案能够有效地控制巷道围岩变形，该系统在全局乃至全国推广应用将产生巨大的社会和经济效益。

关键词：锚杆支护；设计系统；矿压观测；FLAC

中图分类号：TD353+.6文献标志码：A文章编号：1000－8772(2009)06－0132－02

收稿日期：2009-03-05

一、概述

锚杆支护是煤巷的一项重要支护技术，目前已成为产煤国家的主要支护形式之一。我国煤巷锚杆支护最早可以追溯到50年代，但是在锚杆支护比例上与国外主要产煤国家相比还有相当大的差距，造成这种落后局面的原因是多方面的，主要表现在：（1）掘锚机具不配套；（2）支护材料质量差；（3）缺少现场地质力学评估；（4）煤巷锚杆支护理论不完善、缺乏科学实用的设计方法。鉴于上述原因，本矿与科研单位合作，力求建立一套科学、实用、可靠的锚杆支护设计方法，编制了一套通用的煤巷锚杆支护综合设计系统软件，并在本矿成功获得了应用。

二、工程地质概况

试验点设在某矿2315工作面皮带巷。煤层倾角24～36°，平均27.5°。工作面走向长度295m～347m，平均323m，倾斜长度104m～121m，平均120.6m；井下标高-689m～-764m，地面标高＋35.6m～＋36.2m，工作面埋深705～800m。2315工作面回采煤层为山西组9煤，切眼处较薄，东部及下部较厚，煤厚0.8m～2m，平均厚度1.41m。煤层无伪顶，直接顶为粉砂岩，厚度0m～3.0m，平均2.0m，基本顶为细砂岩，厚度5.4m～7.32m，平均6.32m，基本顶之上为一层粉细砂岩，厚度为14.24m～16.05m，平均15.25m，浅灰色石英为主，顶板组合为硬、坚硬顶板。

三、锚杆支护系统设计过程

首先根据工程地质条件及试验点岩石力学参数测试结果，巷道围岩进行稳定性分类，确定该巷输入Ⅲ中等稳定的可能性最大。

根据围岩稳定性分类结果，进行锚杆支护初始设计，得出该巷锚杆支护初始设计方案。根据初始方案，建立17个锚杆支护FLAC数值模型（图2），经运算分析后，确定11＃方案为最优方案，也即现场初始施工方案。

通过绘图模块可绘出该巷锚杆支护施工图和支护参数表。

1.采用高强锚杆支护顶、帮，提高浅部围岩的整体稳定性。顶锚杆采用φ20×2200mm左旋无纵筋螺纹钢树脂锚杆，锚杆间排距780×750mm。帮锚杆采用φ20×1800mm左旋无纵筋螺纹钢树脂锚杆，锚杆间排距780×750mm。所有锚杆丝口需用滚丝机加工。每个锚杆孔使用2支Z2350树脂锚固剂或一支K2335和两支Z2335树脂锚固剂，经计算锚固长度在1.4m左右。已有研究结果表明，帮脚锚杆能有效控制巷道底臌，帮角锚杆向下扎角15～30°。

2.采用菱形网护表，网尽量拉紧拉直，提高锚网支护系统的护表能力，防止片顶、片帮形成网兜或锚空。

3.锚索支护作为加强支护措施，提高锚网基本支护形成组合梁或组合拱结构的抗弯能力，从而提高浅部围岩的稳定性。锚索型号为φ15.24×5000mm。

4.锚杆托盘采用厚度为10mm鼓形托盘，大小为120×120mm，材质为A3钢加工，并采用带球形垫座的螺母，在鼓形托板上加工球形窝，见图5至图8，以利锚杆适应任何角度的安装。安装时视情况在球形垫座与螺母间加减摩片。

四、应用效果

采用DJ-2.5测木干、YZ-30型液压枕量取移近量和锚杆载荷，以常规“三量”观测为主，测点布置在顶底板和两帮中点。

(一)巷道围岩变形情况

构筑巷旁支护体后巷道围岩变形大致分为四个阶段：第一阶段，0m～－10m范围；第二阶段，－10m～－40m范围；第三阶段，－40m～－80m范围；第四阶段－80m以后。但是，总体来说，巷内采用高强度锚杆支护强化围岩，配合有效的巷旁支护，控制了沿空留巷围岩剧烈变形。

(二)巷内锚杆载荷分析

锚杆载荷值测量共布置两个测站，每个测站沿巷道截面布置6根锚杆，锚杆载荷采用锚杆液压枕测定。现以1测站的观测数据为例，分析巷内锚杆所受载荷的情况。图6为锚杆载荷与工作面距离的关系曲线。在工作面前方巷内锚杆载荷值均比较低，其原因一方面是在工作面前方围岩活动不太明显，一些围岩变形也被托盘与围岩间的空隙等给释放掉了；另一方面是锚杆液压枕安装时，风动安装工具扭力不够，加之巷内周边同时铺设一层金属网，给安装锚杆液压枕带来困难，锚杆的预锚力不大。

在工作面后方40m以后，锚杆载荷值基本保持稳定。这说明，尽管在这一范围巷道围岩活动并未完全停止，但并不能从根本上影响到巷内锚杆载荷值，在锚杆所支护的范围内，围岩是比较稳定的，当然这也只能在巷旁支护体有效地控制和支护好巷道顶板，减少顶板离层的前提下才具有的结果。

(三)支护效果及结论

按照现有锚杆支护技术方案，锚杆支护能够有效地控制巷道围岩变形，该系统保证了设计的科学性和实用性。同时，利用现场监测信息对初始设计参数进行检核，为煤巷锚杆支护的安全可靠性和经济合理性提供了技术保证。该分析系统在该矿2315工作面成功地得到应用，该系统在全局乃至全国推广应用将产生巨大的社会和经济效益。

参考文献：

[1]李晋平.综放开采沿空留巷矿压观测研究[J].矿山压力与顶

板管理，2005，(1):47-51.

[2]王进义，王睿.综放工作面窄煤柱护巷矿压观测与分析[J].

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[3]刘益成.沿空留巷巷旁支护的矿压规律[J].矿山压力与顶板

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（责任编辑：鲁小萌）