邹剑 刘飞 张锦 李浩楠 吴晴
宿州学院 资源与土木工程学院 安徽宿州 234000
摘要：近些年来，由于现有地下矿产资源的不断枯竭，为了在原有矿产上找出新的矿产，导致矿产开采的深度在不断加深，而锚注支护加固技术作为软岩巷道支护有效手段中的某一个措施，在这个过程中越来越受到重视。本文通过分析软岩巷道特性，利用FLAC2D开展数值模拟，最后得出相应结论。
关键词：锚注支护；软岩巷道特性；数值模拟
引言
矿井深部的开采是以后发展一个主流。在我国的能源中大概有七成是煤炭资源。已调查清楚的煤炭资源大概有全球总量的11.1%，而储存在1000m以下的煤炭资源为29500万亿吨，占总量的53%。在2002年，我们国家部分地区的老工业基地有很多的矿产公司停业，但是，由于我们的国家经济迅速发展，越来越需要大量的矿产资源，使我们的国家在多种重要矿产资源的对外依存性越来越强。在此背景下，2004年，国务院开启了全国重要矿产危机矿山找矿的专项。
随着我国煤矿开采深度的不断加深，使将来的采掘工作会在高地应力和位移条件极差的环境中进行。在“九五”计划执行的时间段里，10个能源建设基地中有8个发现了软岩问题，而且每年大概有6×105 m的巷道在软弱的围岩中开挖。软岩问题的突出，会进一步的危及煤矿的安全生产[1～5]。
巷道支护在最近这几年获得了不错的成绩，可软岩巷道的有效支护仍为所有煤矿巷道支护的待加强环节，也是目前国内外未较好解决的难题，因此这方面受到了众多科研单位和生产部门的关注。最近一段时间来，大量专家学者开始研究软岩巷道的锚注支护问题[6]。
在软岩巷道支护中，各类锚杆及其组合支护形式必将成为各国煤矿巷道支护主流，但是软岩巷道却是巷道支护的一个难点 [7]。本论文在分析锚杆注浆与围岩相互作用机理的基础上，结合假设的工程背景，进行数值模拟和支护效果的综合评价。
1巷道与围岩的作用
实验表明，当围岩部分达到岩体的残余强度时，这时注浆能达到不错的效果，但不该超过这个点注浆，当超点注浆时，残余应力变得极小，或许会使支护变形量较大，使支护提供的支护抗力变小，让支护体无法发挥原有的作用[8～9]。
2 软岩巷道锚注支护的方案
2.1数值计算模型的建立
本次数值模拟选用FALC2D。FLAC2D采用显式有限差分程序，程序内部含有多个力学模型，另外FLAC2D还具有强大的前处理和后处理功能，明显的增强了输入结果与输出结果的可视化。
2.2 工程背景
本文工程背景参照某煤矿的实际情况设置。其中井巷拥有地压大、软岩分布规模大、支护条件比较复杂等特征。
2.3计算模型的建立
为研究软岩巷道锚注支护的结构稳定性，建立如图1所示模型。在计算的这个过程中，使用了摩尔-库伦模型，而且采空区与巷道使用了null单元进行开挖模拟。软岩巷道断面为直墙半圆拱，直墙高1.6m，半圆拱直径为1.4m，在模型建立过程中，根据圣维南原理，考虑边界效应，模型高度为80m，宽度取100m。考虑模型的对称性，取 1/2模型尺寸进行数值模拟。
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图1数值计算模型
2.4数值计算方案
基于锚注支护理论推导，巷道塑性区半径影响因素主要有：注浆粘聚力C，初锚力P，巷道埋深h和巷道半径a，同时，巷道应力与位移分布也主要受以上几个因素影响。据此，可以改变相关参数来研究锚注支护的软岩巷道的稳定性。
模型1：取上覆岩层自重14MPa，净宽是3.5m、净高3.2m的巷道锚喷索支护模型。锚杆型号为φ20×2000mm的高强螺纹钢锚杆，喷层厚100mm，强度为C20。
模型2：取上覆岩层自重14MPa，净宽为3.5m、净高3.2m巷道锚喷索+锚注联合支护模型。高强度注浆锚杆的型号为φ20×2050mm，使用无缝的钢管制造，壁厚4mm，杆尾设有麻花锚固段，浆液扩散的半径采用1.5m。
3 数值计算结果及分析
相对普通锚喷支护，加上锚注支护后巷道顶部测点变形明显减小， 减小73.8%。巷道底板测点变形减小70.9%，巷道两帮测点变形减小68.6%。锚注支护不错的限制了巷道的变形，变形量大大减小。
相对普通锚喷支护，加上锚注支护后竖直方向高应力，和水平方向高应力分布离巷道距离减小了大约48%。研究结果表明，采取锚注支护后，高应力主要集中在巷道锚固区。锚注支护减小了原来巷道塑性区分布范围。
单一锚喷索支护巷道采用锚喷索+锚注联合支护方案后巷道围岩强度显著提高，围岩岩性得到良好改善，巷道的应力分布主要集中在锚固区，巷道围岩塑性屈服范围显著减小，有效控制了巷道的顶底板与两帮位移。
结论
本文主要对软岩巷道锚注支护的力学特性开展了全面的研讨。研究结果表明：
（1）适时注浆可以有效发挥围岩本身的承载能力。
（2）相比普通锚喷支护，锚注支护时顶部变形减小73.8%，底板变形减小70.9%，两帮变形减小68.6%，锚注支护有效控制了巷道的变形。
参考文献：
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基金项目：2017年度宿州学院重点科研项目（2017yzd15）；宿州学院第十三届大学生科研项目（KYLXYBXM19-002）
作者简介：邹剑（1998-），男，安徽宣城人，本科生。