第９期 ２０１３年９月 ・山西焦煤科技 Ｓｈａｎｘｉ Ｃｏｋｉｎｇ Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．９ Ｓｅｐｔ．２０１３ 技术经验・ 软岩巷道底板卸压槽合理深度的模拟研究 赵高杰 ，孙法升 （１．河南理３－大学能源学院，河南 焦作４５４０００；２．中平神马建工集团，河南 平顶山４６７０００） 摘要随着开采深度的增加，深部软岩巷道的地应力变大，软岩巷道围岩出现显著变形，围岩 破碎、底鼓也越来越严重，对巷道围岩稳定性的控制变得极其困难¨Ｊ。底板中部开挖卸压槽，使巷道 周边形成的应力峰值向远离巷道周边的围岩深部转移，使巷道处于应力降低区中，达到有效维护巷道 的目的，但是卸压槽的深度会影响巷道的维护质量，太浅影响卸压效果，太深则不容易施工。利用 ＦＬＡＣ ’数值模拟软件 ，模拟不同深度的卸压槽，观测巷道围岩的应力和位移变化，分析对巷道底鼓 和围岩的影响。 关键词卸压槽；ＦＬＡＣ ；支护；合理深度 中图分类号：ＴＤ３２２＋．５文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２—０６５２（２０１３）０９—００５２—０３ １ 研究现状 槽，其作用在于使巷道周边形成的应力峰值向远离巷 道周边的围岩深部转移，使巷道处于应力降低区中， 达到有效维护巷道的目的 。 软岩巷道底板通常会产生较大的变形，巷道在支 护的情况下也很难有效控制其变形，通过在底板开挖 卸压槽，可以为围岩的膨胀变形提供一定的变形补偿 空间，使高应力向深部转移，减少巷道周边的围岩变 形量，有利于巷道的稳定¨ 。 ２ 方案提出 随着开采深度的增加，由岩体自重引起的垂直和 水平应力也增大，这样就加大了巷道支护的难度 。 河南省某煤矿，目前，一７２０大巷沿煤层底板掘进，肩 负着材料的运输、通风、行人、排水任务，对采区准备 起着至关重要的作用。该巷道直接顶为砂质泥岩，平 均厚度为２．５ ｍ，老顶为中粒砂岩平均厚度为１５．５ ｍ。该区域大巷为穿层巷道，穿过的岩层主要有煤 层、泥岩、砂质泥岩，但大部分区段为泥质砂岩，地层 构造非常复杂。 巷道设计断面为矩形巷道，净断面５ ０００ ｍｍ ｘ 目前，高应力软岩巷道常采用的加固法有底板注 浆、底板锚杆、封闭式支架及混凝土反拱等。这些加 固法都是围绕巷道底板进行的，虽然可以起到一定的 控制底鼓的作用，但在有强烈底鼓趋势的巷道中不仅 材料消耗量大，支护费用高，而且并不能起到控制底 鼓的作用 Ｊ。原因在于这些加固法只是被动地维护 底板，在高应力、松软底板条件下，封闭式支架底梁往 往无法充分发挥其承载能力，致使底梁向巷道内撅 起，失去控制底鼓的能力；底板锚杆施工困难，往往因 ４ ０００ ｍｍ，巷道顶和两帮采用锚梁网喷注联合支护。 支护参数：２２ １Ｔｉｍ×２ ４００ ｍｍ螺纹钢锚杆，间排距 １ ０００ ｍｍ×１ ０００ ｒｎｍ；拱顶锚索每排布置３根，间排 距１ ８００ ｍｌｔｌ ｘ １ ４００ ｍｍ。 锚固力不足及锚杆延伸量与巷道底鼓量不匹配而失 效：底板注浆则因注浆达不到底板破坏深度而被下部 岩层顶起，失去阻止底板位移的能力。 卸压法与加固法控制底鼓的机理不同，它的特点 在于设法改变巷道底板受力状况．使其处于应力降低 区，达到保持巷道底板稳定的目的。底板中部卸压槽 是指在巷道底部利用风镐开掘出一定宽度和深度的 收稿日期：２０ｌ３—０６—１６ 卸压槽深度的大小对泄压的效果影响很大，德国 埃森采矿研究中心对巷道周边各种切缝情况进行了 研究，得出当切槽深度大于巷帮到切缝的间距时，卸 压效果最好。结合该矿的实际情况，巷道切槽到巷帮 作者简介：赵高杰（１９８７一），男，河南偃师人，２０１１级河南理工大学在读硕士研究生，主要从事矿山压力及其控制的研究 （Ｅ—ｍａｉｌ）２５０９８７３０８＠ｑｑ．ＣＯ１］［１ ・５４・ 山西焦煤科技 ２０１３年第９期 移。图ｌ和图２的卸压槽的深度是小于巷帮到切缝 距离（２．５ ｍ）的可知：卸压槽深度大于巷帮到切缝距 离时，效果最好。 由图４、５、６可知，不同的颜色代表不同的水平应 ５施工 卸压槽沿巷道走向布置在巷道中间，宽为４００ ｍｍ，深为２．５ ｍ。开挖好的卸压槽上面采用厚钢板 或其它物件盖严，防止人员或物件陷入。开挖过卸压 槽后，再次观测底鼓和两帮的变化量，发现底鼓和两 帮位移变化严重的巷道得到了有效地控制，巷道周围 的高应力向深部转移。 口４００ ３００ 力大小，深色的区域越大，表明水平应力越低，属于低 应力区。从图中可知，图４深色区域＜图５深色区域 ＜图６深色区域。即图６的卸压效果最好，巷道周围 的水平应力向深部转移的更加明显。图４和图５的 卸压槽的深度是小于巷帮到切缝距离（２．５ ｍ）的，而 淤 图６的卸压槽深度是大于巷帮到切缝距离的，可知， 卸压槽深度大于巷帮到切缝距离时效果最好。 ４．２水平位移量的变化 ２００ ｌｏ０ ＾ ：＾ 、＾ 根据ＦＬＡＣ如模拟的结果 ］，在距底板１ ｍ水平 －一 ∽寸Ｉｎ 。。口０ 距巷道中心的距离／ｍ 方向上，分别距两帮０．５ ｍ、１．０ ｍ、１．５ ｍ…１０．５ ｍ 处，选取观测点。比较巷道开挖不同深度卸压槽后， 两帮各个观测点的位移、应力的变化。开挖不同深度 卸压槽时水平位移量见图７。 如图７所示，开挖卸压槽后，左帮的位移量，２ ｍ 的平均比１ ｍ的平均增大５％，３ ｍ的平均比２ ｍ的 平均增大１０％；右帮的位移量，２ ｍ的平均比１ ｍ的 平均增大２８．２％，３ ｉｎ的平均比２ ｍ的平均增大 ３４．３％，可见，卸压槽的深度并不是越大越好，２．５ ｍ 时是最合适的。 参考右帮 图７ 开挖不Ｉ司深度卸压槽时水平位移量 ６结论 对于深部围岩巷道，开挖卸压槽能使巷道周围的 高应力向深部转移。开挖卸压槽的深度，当切槽深度 大于巷帮到切缝的距离时，卸压效果最好，巷道周围 的高应力向深部转移，巷道变形得到有效控制。 文献 ［１］ 陆家良软岩巷道支护技术［Ｍ］．长春：吉林科学技术出版社，１９９５：１０３—１０４． ［２］彭文斌．ＦＬＡＣ３Ｄ实用教程［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００８：７３． ２ ３ ，， ［３］钱鸣高，刘听成．矿山压力及其控制ｆＭ］．北京：煤炭工业出版社，１９９１：４２—４３． ｍ ｍ ［４］王其胜，李夕兵，李地元．深井软岩巷道围岩变形特征及支护参数的确定［Ｊ］．煤炭学报，２００８，３３（４）：３６４—３６７． ［５］ 马建军，蔡路军，程良奎 软岩巷道稳定性影响因素及其支护理论探讨［Ｊ］．有色金属，２００５（１１）：２９—３１． Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｅｌｉｅｆ Ｇｒｏｏｖｅ ｉｎ Ｓｏｆｔ Ｒｏｃｋ Ｒｏａｄｗａｙ Ｆｌｏｏｒ Ｚｈａｏ Ｇａｏ—ｊｉｅ，Ｓｕｎ Ｆａ—ｓｈｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｄｅｐｔｈ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｄｅｅｐ ｓｏｆｔ ｒｏｃｋ ｒｏａｄｗａｙ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｂｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｓｏｆｔ ｒｏｃｋ ｏｆ ｒｏａｄｗａｙ ｉｓ ｓｉｇｎｉｉｃａｎｔｌｆｙ ｄｅｆｏｒｍｅｄ，ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｈｅａｖｉｎｇ ｆｌｏｏｒ ｂｅｃｏｍｅ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｓｅ— ｒｉｏｕｓ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｉｎ ｒｏａｄｗａｙ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｄｉｆｉｃｕｌｔ．Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｆｅｆ ｇｒｏｏｖｅ ｉｓ ｅｘｃａｖａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｏｆ ｆｌｏｏｒ，ｔｈｅ ｐｅａｋ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｒｏｕｎｄ ｒｏａｄｗａｙ ｔｒａｎｓｆｅｒｓ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｆａｒ ａｗａｙ， ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｏａｄｗａｙ ｌｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｚｏｎｅ ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｏａｄｗａｙ ｃａｎ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ．Ｈｏｗ— ｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｇｒｏｏｖｅ ｄｅｐｔｈ ｍａｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｒｏａｄｗａｙ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｉｆ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｉｓ ｔｏｏ ｓｈａｌｌｏｗ，ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｉｓ ｎｏｔ ｇｏｏｄ ｅｎｏｕｇｈ．Ｉｆ ｔｏｏ ｄｅｅｐ。ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｉｓ ｈｉｇｈ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＦＬＡＣ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｐｒｅｓ— ｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｇｒｏｏｖｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｐｔｈｓ ｃａｎ ｂｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｂｙ ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｕｒ— ｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｒｏａｄｗａｙ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｂｏｔｔｏｍ ｂｕｌｇｅ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｇｒｏｏｖｅ；ＦＬＡＣ３ Ｄ；Ｓｕｐｐｏｒｔ；Ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｄｅｐｔｈ
