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摘要：西翼扩区中央轨道大巷为五阳煤矿西翼扩区的开拓巷道，为扩区布置的第一条巷道，由于没有临近相似条件的巷道支护方案进行参考，所以必须对于西翼扩区首条开拓巷道的支护方案进行FLAC计算机模拟，确定较优方案。今后为扩区其它巷道提供可参考的依据。
关键词：FLAC 模拟方案 围岩变形特征
1 试验地点地质与生产条件
西翼扩区中央轨道大巷是五阳矿井西翼扩区的行人运料通道，在中央轨道大巷南侧中对中距离约50.0m处正在掘一条中央胶带大巷，中央轨道大巷为西翼扩区的主要开拓巷道。巷道长度约3000m左右，沿腰线掘进，从煤层上方穿越到煤层下方，断面为直墙半圆拱，巷道净宽5.74m，直墙高1.5m，掘进断面22.70m2。根据矿方提供的地质资料，中央轨道大巷埋深在530m左右，巷道穿过山西组中下部3#煤层，煤层赋存稳定，厚度5.1～6.1m，以亮煤为主，暗煤次之。
2 不同支护方式下围岩变形特征分析
2.1 模拟方案
五阳矿西翼扩区中央轨道岩层大巷的巷道顶底板为砂质泥岩，但其抗压强度比较低，巷道开挖后变形比较大，特别是位于构造影响区域的巷段，其围岩松散破碎，巷道变形特别大。因此以高强锚杆为基础以高预紧力为核心，使支护体与围岩形成协调统一的承载结构，有效调动围岩自身的承载能力，针对西翼扩区中央轨道岩层大巷的支护提出如下模拟方案：
方案1：单一锚杆支护，锚杆长度为2.4m。
方案2：锚杆索组合支护，锚杆长度为2.4m，锚索长度为6.3m。
2.2 模拟结果分析
单一锚杆支护的围岩弹塑性区分布、巷道四周变形以应力分布如图1所示。
锚杆索组合支护的围岩弹塑性区分布、巷道四周变形以应力分布如图2所示。
表1 中央轨道大巷岩层大巷单一锚杆和锚杆锚索组
合支护巷道四周最大位移
由图1和表1可以看出，巷道开挖后塑性区迅速向围岩深部扩展，发展范围较大，与此同时高应力不断向围岩深部转移，巷道浅部围岩承载能力急剧下降，巷道收敛非常严重，以两帮变形和底鼓为主。两者的支护强度均明显偏低，不能满足巷道围岩稳定性控制要求，两帮变形量为215.8mm，顶底板为232.3mm。巷道底板变形依旧严重，在巷道底板和两帮底脚均发生破坏。因此，中央轨道大巷必须采用积极主动的高强度的支护形式，才能对巷道进行长期有效地控制，特别是位于构造影响区域的巷段。
由图2和表1可知，采用锚索对巷道顶板和两帮关键部位进行加强，与锚杆共同作用，围岩塑性区有了明显的改善，由围岩深部向巷道围岩浅部收缩，顶板区域的塑性区明显比锚杆少；高应力不再向围岩深部转移，由深部向浅部转移，浅部围岩应力均有不同程度的上升，提高了浅部围岩的承载能力。顶板锚杆和锚索通过较高的预应力作用于顶板，使顶板形成了预应力承载梁结构，抗剪强度和抗变形能力大大提高，并有效地向巷道两帮深部分解应力。锚杆索充分调动了主次承载区自身的承载能力，优化了围岩的应力场，巷道的顶板下沉、两帮移近都明显下降，分别为60.2mm和88.8m，巷道底鼓也有所缓解。
3 支护方案
拱顶支护
锚杆形式和规格：杆体为φ22左旋无纵筋螺纹钢筋SMG500，长度2.4m，杆尾螺纹为M24。
锚固方式：树脂加长锚固，采用两支树脂锚固剂，一支规格为K2335，另一支规格为Z2360，钻头直径为φ30mm，设计锚固力为228kN。
W钢护板规格：采用W钢护板，厚度5mm，宽280mm，长度450mm。
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，托板采用拱型高强度托板，承载能力不低于228kN。
网片规格：采用金属网护顶，材料为10#铁丝，网孔规格50×50mm，拱部采用两片网搭接，网片规格4300×1300mm，网片搭接100mm，用16#铅丝联接，双丝双扣，孔孔相连。
锚杆布置：锚杆排距1200mm，全断面每排13根锚杆，间距950mm。
锚杆预紧扭力矩要达到400Nm，但禁止超过550Nm。
锚杆全部垂直岩面打设，考虑到施工需要，允许5°误差。
锚索：锚索形式和规格：锚索材料为φ18.9mm，1×7股高强度低松弛预应力钢绞线，长度为6300mm，极限破断拉力为400kN，延伸率4%，配合高强度锁具和可调心托板，采用一支K2335和两支Z2360树脂锚固剂锚固。
锚索托板：采用300mm×300mm×16mm高强度可调心托板，承载能力不低于550kN。
锚索采用矩形布置：每隔一排打三根锚索，排距2400mm，锚索间距1900mm，全部垂直岩面打设。锚索预紧力要求不低于250kN。
墙部支护
锚杆形式和规格：杆体为φ22左旋无纵筋螺纹钢筋SMG500，长度2.4m，杆尾螺纹为M24。
锚固方式：树脂加长锚固，一支规格为K2335，另一支规格为Z2360，钻头直径为φ30mm。
W钢护板规格：采用W钢护板，厚度5mm，宽280mm，长度450mm。
锚杆配件：采用高强锚杆螺母M24×3，配合高强托板调心球垫和尼龙垫圈，托板采用拱型高强度托板，承载能力不低于255kN。
网片规格：采用金属网护帮，材料为10#铁丝，网孔规格50×50mm，网片规格3800×1300mm。用16#铅丝联接，网片搭接100mm，双丝双扣，孔孔相连。每三排打网一次。
锚杆布置：锚杆排距1200mm，间距950mm。
锚杆预紧扭矩要达到400Nm，但禁止超过550Nm。
锚杆角度：垂直岩面布置。中央轨道大巷支护布置如图3。
4 小结
①对于受地质构造影响的巷道，围岩塑性发展迅速，单纯依靠架棚或锚杆支护，均无法对巷道围岩进行有效控制，必须采用高强度支护方式及时主动控制围岩变形，锚索在控制围岩变形中起到了关键作用，调动了主次承载区自身的承载能力，对优化调整围岩应力场及整体支护结构的形成起到至关重要的作用。
②由于松散破碎围岩体巷道围岩变形具有明显的蠕变和流变性，松散破碎围岩体本身可锚性差，围岩长期蠕变和流变易产生锚杆支护失效，因此支护初期必须加大支护强度，遏制破碎围岩的进一步恶化而导致支护失效。
参考文献：
[1]李学华，王卫军，侯朝炯.加固顶板控制巷道底鼓的数值分析[J].中国矿业大学学报，2003（4）.
[2]王明洋，周泽平，钱七虎.深部岩体的构造和变形与破坏问题[J].岩石力学与工程学报，2006，25（3）：448-455.
[3]方祖烈.软岩巷道维护原理与控制措施[C].//何满潮编.中国煤矿软岩巷道支护理论与实践.北京：煤炭工业出版社，1996：64-70.
[4]贺永年，韩立军，邵鹏，等.深部巷道稳定的若干岩石力学问题[J].中国矿业大学学报，2006，35（3）：288-296.
作者简介：
刘耀辉（1984-），男，山西霍州人，毕业于华北科技学院，助理工程师，目前主要从事煤矿生产技术管理工作。
关键词：FLAC 模拟方案 围岩变形特征
1 试验地点地质与生产条件
西翼扩区中央轨道大巷是五阳矿井西翼扩区的行人运料通道，在中央轨道大巷南侧中对中距离约50.0m处正在掘一条中央胶带大巷，中央轨道大巷为西翼扩区的主要开拓巷道。巷道长度约3000m左右，沿腰线掘进，从煤层上方穿越到煤层下方，断面为直墙半圆拱，巷道净宽5.74m，直墙高1.5m，掘进断面22.70m2。根据矿方提供的地质资料，中央轨道大巷埋深在530m左右，巷道穿过山西组中下部3#煤层，煤层赋存稳定，厚度5.1～6.1m，以亮煤为主，暗煤次之。
2 不同支护方式下围岩变形特征分析
2.1 模拟方案
五阳矿西翼扩区中央轨道岩层大巷的巷道顶底板为砂质泥岩，但其抗压强度比较低，巷道开挖后变形比较大，特别是位于构造影响区域的巷段，其围岩松散破碎，巷道变形特别大。因此以高强锚杆为基础以高预紧力为核心，使支护体与围岩形成协调统一的承载结构，有效调动围岩自身的承载能力，针对西翼扩区中央轨道岩层大巷的支护提出如下模拟方案：
方案1：单一锚杆支护，锚杆长度为2.4m。
方案2：锚杆索组合支护，锚杆长度为2.4m，锚索长度为6.3m。
2.2 模拟结果分析
单一锚杆支护的围岩弹塑性区分布、巷道四周变形以应力分布如图1所示。
锚杆索组合支护的围岩弹塑性区分布、巷道四周变形以应力分布如图2所示。
表1 中央轨道大巷岩层大巷单一锚杆和锚杆锚索组
合支护巷道四周最大位移
由图1和表1可以看出，巷道开挖后塑性区迅速向围岩深部扩展，发展范围较大，与此同时高应力不断向围岩深部转移，巷道浅部围岩承载能力急剧下降，巷道收敛非常严重，以两帮变形和底鼓为主。两者的支护强度均明显偏低，不能满足巷道围岩稳定性控制要求，两帮变形量为215.8mm，顶底板为232.3mm。巷道底板变形依旧严重，在巷道底板和两帮底脚均发生破坏。因此，中央轨道大巷必须采用积极主动的高强度的支护形式，才能对巷道进行长期有效地控制，特别是位于构造影响区域的巷段。
由图2和表1可知，采用锚索对巷道顶板和两帮关键部位进行加强，与锚杆共同作用，围岩塑性区有了明显的改善，由围岩深部向巷道围岩浅部收缩，顶板区域的塑性区明显比锚杆少；高应力不再向围岩深部转移，由深部向浅部转移，浅部围岩应力均有不同程度的上升，提高了浅部围岩的承载能力。顶板锚杆和锚索通过较高的预应力作用于顶板，使顶板形成了预应力承载梁结构，抗剪强度和抗变形能力大大提高，并有效地向巷道两帮深部分解应力。锚杆索充分调动了主次承载区自身的承载能力，优化了围岩的应力场，巷道的顶板下沉、两帮移近都明显下降，分别为60.2mm和88.8m，巷道底鼓也有所缓解。
3 支护方案
拱顶支护
锚杆形式和规格：杆体为φ22左旋无纵筋螺纹钢筋SMG500，长度2.4m，杆尾螺纹为M24。
锚固方式：树脂加长锚固，采用两支树脂锚固剂，一支规格为K2335，另一支规格为Z2360，钻头直径为φ30mm，设计锚固力为228kN。
W钢护板规格：采用W钢护板，厚度5mm，宽280mm，长度450mm。
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，托板采用拱型高强度托板，承载能力不低于228kN。
网片规格：采用金属网护顶，材料为10#铁丝，网孔规格50×50mm，拱部采用两片网搭接，网片规格4300×1300mm，网片搭接100mm，用16#铅丝联接，双丝双扣，孔孔相连。
锚杆布置：锚杆排距1200mm，全断面每排13根锚杆，间距950mm。
锚杆预紧扭力矩要达到400Nm，但禁止超过550Nm。
锚杆全部垂直岩面打设，考虑到施工需要，允许5°误差。
锚索：锚索形式和规格：锚索材料为φ18.9mm，1×7股高强度低松弛预应力钢绞线，长度为6300mm，极限破断拉力为400kN，延伸率4%，配合高强度锁具和可调心托板，采用一支K2335和两支Z2360树脂锚固剂锚固。
锚索托板：采用300mm×300mm×16mm高强度可调心托板，承载能力不低于550kN。
锚索采用矩形布置：每隔一排打三根锚索，排距2400mm，锚索间距1900mm，全部垂直岩面打设。锚索预紧力要求不低于250kN。
墙部支护
锚杆形式和规格：杆体为φ22左旋无纵筋螺纹钢筋SMG500，长度2.4m，杆尾螺纹为M24。
锚固方式：树脂加长锚固，一支规格为K2335，另一支规格为Z2360，钻头直径为φ30mm。
W钢护板规格：采用W钢护板，厚度5mm，宽280mm，长度450mm。
锚杆配件：采用高强锚杆螺母M24×3，配合高强托板调心球垫和尼龙垫圈，托板采用拱型高强度托板，承载能力不低于255kN。
网片规格：采用金属网护帮，材料为10#铁丝，网孔规格50×50mm，网片规格3800×1300mm。用16#铅丝联接，网片搭接100mm，双丝双扣，孔孔相连。每三排打网一次。
锚杆布置：锚杆排距1200mm，间距950mm。
锚杆预紧扭矩要达到400Nm，但禁止超过550Nm。
锚杆角度：垂直岩面布置。中央轨道大巷支护布置如图3。
4 小结
①对于受地质构造影响的巷道，围岩塑性发展迅速，单纯依靠架棚或锚杆支护，均无法对巷道围岩进行有效控制，必须采用高强度支护方式及时主动控制围岩变形，锚索在控制围岩变形中起到了关键作用，调动了主次承载区自身的承载能力，对优化调整围岩应力场及整体支护结构的形成起到至关重要的作用。
②由于松散破碎围岩体巷道围岩变形具有明显的蠕变和流变性，松散破碎围岩体本身可锚性差，围岩长期蠕变和流变易产生锚杆支护失效，因此支护初期必须加大支护强度，遏制破碎围岩的进一步恶化而导致支护失效。
参考文献：
[1]李学华，王卫军，侯朝炯.加固顶板控制巷道底鼓的数值分析[J].中国矿业大学学报，2003（4）.
[2]王明洋，周泽平，钱七虎.深部岩体的构造和变形与破坏问题[J].岩石力学与工程学报，2006，25（3）：448-455.
[3]方祖烈.软岩巷道维护原理与控制措施[C].//何满潮编.中国煤矿软岩巷道支护理论与实践.北京：煤炭工业出版社，1996：64-70.
[4]贺永年，韩立军，邵鹏，等.深部巷道稳定的若干岩石力学问题[J].中国矿业大学学报，2006，35（3）：288-296.
作者简介：
刘耀辉（1984-），男，山西霍州人，毕业于华北科技学院，助理工程师，目前主要从事煤矿生产技术管理工作。