王志光利用ＦＬＡＣ。。程序模拟软弱破碎巷道深孑Ｌ注浆技术 利用ＦＬＡＣ３Ｄ程序模拟软弱破 碎巷道深孔注浆技术 王志光 （霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿，山西霍州０３１４１２） 摘要：采用岩土工程数值计算分析ＦＬＡＣ 。软件，模拟了马头门最大断面巷道注浆加固前后围岩 的位移场和应力场分布特征，分析了弱破碎巷道变形影响范围，为进一步确定比较合理的支护加固 参数、利用深孔注浆技术改善和控制软弱破碎围岩巷道变形，提供了科学依据。 关键词：ＦＬＡＣ如；大断面；弱破碎巷道；深孔注浆技术；变形 中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—７４９Ｘ（２０１３）０１—００９４—０２ １．２模型建立 ０引言 为了实现对矿井马头门大断面围岩的增强加 模拟以马头门最大断面巷道为例，建立模型和 选取参数。计算模型以右手坐标为基础，选取垂直 巷道轴向右为 轴方向，沿巷道轴向进去方向为Ｙ 轴方向，竖直向上为Ｚ－轴方向。考虑到巷道变形的 影响范围，选取巷道断面５倍跨度以外的区域为模 型边界。巷道围岩本构关系采用摩尔一库仑模型。 模拟尺寸（长×宽×高）６０ ｍ×３０ ｍ×９２ ｍ。上边 界施加均布载荷ｑ，水平边界 两个方向固定。 根据原始地质条件、岩层属性和赋存情况，对模 型进行相应的岩层布置、节理块体的划分以及施加 约束条件。巷道围岩岩层分布见图１，通过实验室 对现场所取得煤岩样进行了物理力学试验，得到其 固，采用深孔注浆加固巷道较深部围岩，浅孔注浆胶 结巷道外围已破碎岩体，促进巷道自承载圈的形成， 减少巷道变形。而利用ＦＬＡＣ如三维快速拉格朗日 分析程序，通过求解场的控制微分方程，并应用混合 单元离散模型，对土质、岩石和其它材料的三维结构 受力特性模拟和塑性流动分析，可以准确地模拟材 料的屈服、塑性流动、软化直至大变形。本文就矿井 马头门大断面巷道深孔注浆加固软弱破碎围岩的 ＦＬＡＣ 模拟情况作简要介绍。 ｌ 深孔注浆加固软碎围岩原理及模型建立 １．１ 深孔注浆加固巷道较深部软弱裂隙围岩 ” 物理力学参数，由相关公式得到巷道围岩的体积模 量和剪切模量，结合煤矿生产现场的地质资料及工 程类比法，得出巷道围岩的物理力学参数见表１。 粉砂岩 煤 细砂岩 深孔注浆加固后的软弱破碎巷道围岩体，使围 岩周围形成一层加固圈，并将被结构面切割的小块 岩石“包裹”起来，使其范围内的软碎裂隙岩体得以 加固，从而改变岩体中各种物相的比例关系，提高岩 体的黏结力和内摩擦角，减少巷道向内部松动变形 的范围，有效地改善应力分布状况、缓解应力集中状 态，使较高的应力向围岩深部转移，从而增强岩体自 身的承载能力。 收稿日期：２０１２—０８—２６ 中砂岩 煤 泥岩 中砂岩 石灰岩 作者简介：王志光（１９８３一），男，河北邯郸人，２０１１年毕业于辽宁工 程技术大学采矿工程专业，硕士研究生，主要从事煤矿生产方面的技 术与管理工作。 图１模型岩层分布图 第１期 王志光利用ＦＬＡＣ 程序模拟软弱破碎巷道深孔注浆技术 表１计算模型中岩层和煤体的力学参数 锚杆索支护参数：模拟选取锚杆为无纵筋螺纹 钢扭矩锚杆，规格为＋２２ ｍｍ ｘ ３ ０００ ｍｍ，顶锚索规 格为＋２１．６ ｍｍ ｘ １０ ３００ ｍｍ，帮和底锚索规格为 ＋２１．６ ｍｍ ｘ ８ ３００ ｍｍ。 ２ 深孔注浆加固围岩的模拟结果 本文模拟计算巷道无支护状态；深孔注浆加固 围岩状态。注浆深孔注浆采用长４ ｍ的全螺纹空心 注浆锚杆，注浆孔深５ ｍ，注浆压力２ ＭＰａ（通过施 加岩体的膨胀压力获得）。在此仅模拟注浆锚杆的 锚注加固围岩的效果。 ２．１ 不同围岩状态下巷道围岩应力和变形 巷道无支护：由无支护情况下的垂直和水平位 移场、应力场模拟云图可知，在马头门巷道最大断面 的围岩条件下，如果巷道不进行支护，其顶、底板和 两帮产生变形非常大，严重的可能造成巷道坍塌，其 中巷道底板和两帮的变形量尤其大，这也和现场巷 道变形情况相符。 巷道进行深孔注凝加固：由巷道进行深孔注浆 加固围岩的情况下竖向和水平位移场、应力场云图 可知，巷道在无其他支护，仅进行深孔注浆加固巷道 较深部围岩的情况下，巷道围岩的变形量虽然也出 现了较大的巷道顶板、底板和两帮的位移量，但是相 对于没有加固时有较为明显的减少。 由不同围岩状态下，巷道围岩变形量和巷道围 岩状态与围岩变形的关系图可看出，采用深孔注浆 后巷道顶板下沉量、两帮变形量及底臌量都呈下降 的趋势，说明巷道的自身承载能力有了明显提高，而 且随着注浆范围的增加，巷道变形量有所减小。 ２．２不同围岩状态下巷道围岩的塑性区范围 在马头门的围岩条件下，如果巷道不进行支护， 由于煤泥岩体本身的承载力低，在开挖以后的地应 力作用下，巷帮浅部区域的围岩很快达到塑性变形 条件，因此围岩中的最大主应力在沿径向方向上不 能迅速提高，就会出现塑性区范围越变越大，巷道破 坏范围逐渐向深部扩展。由于围岩受力由两向向三 向转化，其承载力逐渐有了提高，塑性变形逐渐减 小，围岩变形趋于稳定。模拟结果显示，无支护条件 下巷道的塑性区范围最大达１１．５ ｍ，不能使围岩形 成承载环，是软弱破碎围岩巷道失稳的主要原因。 从模拟结果来看，巷道在没有其他支护，只进行 深孔注浆的情况下围岩塑性区范围有明显的减小。 深孔注浆的扩散范围能达到巷道周边８—１０ ｍ甚至 更远。这可以使巷道围岩的残余强度得到较大的提 高，即塑性区范围减小。全断面深孔注浆使得巷道 较深部的围岩能形成一个具有较高切向应力的承载 环，在距离巷道平均半径４．５ ｍ左右处其切向应力 达到较大的数值，正是由于这个承载环的存在，才有 效地控制了软弱破碎围岩巷道的大变形。 ３ 结论 通过对巷道无支护、深孔注浆效果的模拟可以 得出，在巷道没有进行注浆时，由于围岩本身强度较 低，不能承受较大的围岩应力，易于发生破坏，发生 较大的巷道变形，甚至出现巷道坍塌；而在采用巷道 的深孑Ｌ注浆以后，由于巷道较深部的围岩内裂隙得 到了充填和胶结，提高了局部岩体的强度，增加了深 部围岩的整体性，从而在一定程度提高了巷道的稳 定性，另外此类巷道仅仅靠注浆加固围岩进行维护 是不能保持巷道稳定的，因此，需要再配合其它的支 护方式对巷道进行支护和加强。 参考文献： ［１］ 王连海，贾利平，车承斌，程从仁．注浆、预应力锚索 加固硐室与马头ｊ＇ｑ ＥＪ］．煤炭科学技术，２ＯＯＯ，（４）． ［２］ 张国旺．注浆、锚索加固维修井下大硐室研究与 应用［Ｊ］．煤炭科学技术，２００３，（８）． ［３］ 常玉林，程乐团．井下深部大巷锚索和注浆联合 支护［Ｊ］．矿山压力与顶板管理，２００３，（２）． ［４］崔立志，卢士超，卢江．锚喷、锚索、壁后注浆联合 支护在松软岩层大断面硐室的应用［Ｊ］．煤炭工 程，２００５，（１０）． ［５］ 王广钟，王立平．深孔注浆技术在软弱围岩隧道 施工中的应用［Ｊ］．铁道工程学报，２００１，（３）． ［６］ 罗星刚．深井软岩硐室底板加固技术及数值模拟 研究［Ｊ］．煤炭科技，２０１１，（４）． （下转第１０３页） 第１期 马玉军张凡隐患编码评价系统在煤矿安全管理中的应用 １０３ 层看得见、管理层管得住，执行层办得快”的“两化 三层五级七步”的安全隐患编码分析评价防控体 系，为实现生产过程“零”隐患的隐患治理目标创建 了自动化管理平台，探索了一条科学的安全隐患流 程化闭合系统超前治理之路。 ４ 结语 隐患不除，矿无宁日，只有牢固树立预防为主、 水灾火灾瓦斯煤尘顶板通风类别 机电运输其他 超前治理的理念，不断创新隐患排查治理工作思路， 将自动化、信息化、数据化等创新元素融人其中，发 图４ ２０１２年７—８月一号煤矿隐患数量对比柱状图 理念引入到安全隐患排查治理工作中，通过隐患统 计分析、治理跟踪、验收评价软件，建立了安全隐患 挥人的主观能动性，使安全隐患排查治理工作流程 化，用程序约束、靠数据说话、以问责推动，才能够避 免由于人的惰性，工作态度、责任心不同，管理的漏 洞等一些问题对安全工作造成的冲击，逐步实现生 产过程“零”隐患的目标，保证安全生产。 信息管理库，使每条安全隐患都有了“身份证”，并 通过数据统计、图形分析、效果评价，构建了“决策 （上接第９５页） Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｄｅｅｐ－ｈｏｌｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｗｅａｋ ｂｒｏｋｅｎ ｂｏａｄｗａｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＬＡＣ Ｄ ＷＡＮＧ Ｚｈｉ・－ｇｕａｎｇ （Ｘｉｎｚｈｉ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ，Ｈｕｏｚｈｏｕ Ｃｏａｌ Ｅｌｅｔｒｉｃｉｔｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｈｕｏｚｈｏｕ ０３１４１２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ ＦＬＡＣ ｓｏｆｔｗａｒｅ．ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ￣ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｉｅｌｄ ｏｆ ｌｆａｒｇｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｒｏａｄｗａｙ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｃｏｐｅ ｏｆ ｗｅａｋ ｂｒｏｋｅｎ ｒｏａｄｗａｙ．Ｔｈｅ ｒｅ・ ｓｅａｒｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ，ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｅａｋ ｂｒｏｋｅｎ ｒｏａｄｗａｙ ｕｓｉｎｇ ｄｅｅｐ—ｈｏｌｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＦＬＡＣ ；ｌａｒｇｅ ｓｅｃｔｉｏｎ；ｗｅａｋ ｂｒｏｋｅｎ ｒｏａｄｗａｙ；ｄｅｅｐ—ｈｏｌｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ （上接第９８页） Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｒｏａｄｗａｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ——ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ＸＵ Ｂｏ ，ＬＩ Ｌｉ—ｂｏ ，ＣＡＯ Ｊｉａｎ．ｔａｏ ＇ ，ＸＵ Ｈａｉ—ｄｏｎｇ。 （１．Ｙａｎｇｃｈａｎｇｗａｎ Ｃｏａｌ Ｍｉｅ，Ｓｈｅｎｈｎｎａ Ｎｉｎｇｘｉａ Ｃｏａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｙｉｎｃｈｎａｎ ７５１４１０，Ｃｈｉａ；ｎ ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｎｅｒｇｙ， 缸ｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆＳｃｉｏｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａ＇ｎ ７１００５４，Ｃｈｉａ；ｎ ３．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆ ｏＷｅｓｔｅｒｎ Ｓａｆｅ Ｍｉｎｉｎｇ＆Ｈａｚａｒｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆＭｉｏｎｉｓｔｙ ｒｆＥｄｕｏｃａｔｉｏｎ， 缸ｎ ７１００５４，Ｃｈｉａ）ｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｔｈｅ ｓｉｔｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｒｏａｄｗａｙｓ ｉｎ Ｙａｎｇｃｈａｎｇｗａｎ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｅｃｈ— ｎｏｌｏｇｙ Ｃａｎ ｓｌｏｗ ｄｏｗｎ ｔｈｅ ｒｏａｄｗａｙ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｒｏａｄｗａｙ ｒｏｏｆ ｓｔｒａｔａ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｅ・ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ；ｌａｒｇｅ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ；ｓｕｐｐｏｒｔ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ