基于有限差分的巷道支护参数优化方法研究
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．
４ 】 ４ ． ５ Ｏ １ ． ９ ５ ４ １ ５ ． ｆ ） ０ ０ ． ５ ０ ／
Ｋ ７ 精 深 灰 色 ，局 部 夹 薄层 砂 质 泥 岩 煤层 黑色 ， 似金腾光泽 ， 煤 中 有 薄层 夹 矸
图１ 西二 盘 区 ３ 煤 顶 底 板综 合柱 状 图
２ 地质力学参数测试
２ ． １ 地 应 力
１ 巷道地质 条件
Ｗ２ ３ ０ １ ３ 巷沿 ３ 煤层底板掘进 ， ３ 煤位于二 叠系下统山西组下部 ，所采煤层埋藏深度平均为
通 过 对 寺 河煤 矿 西 二 盘 区 ３ 煤 ３ 个 测 站 的
地应力测量结果进行处理和分析可以得到 ：①西 二盘区 ３ 煤 ３个测 站最 大水 平 主应力 最 大为 ｌ ７ ． ８ ９ ＭＰ ａ ， 最小为 １ ３ ． １ ０ ＭＰ ａ ； 最 小水 平 主应 力 最
３ ７ ６ ． ８ ５ ９ ． ５ ５ Ｋ ， 中粒 浅灰色 ， 厚层状 ， 成份以石英 、长 砂岩 石为主 ， 分 选磨 圆一般 ，局部夹含 泥 质 角 砾 砂质 灰黑色 ，中厚层状 ，断 口平整 ． 泥岩 硒部含泥质较多
目前该区域巷道支护存在的问题有 ：①支护 材料强度偏低 ： 锚杆杆体为 ４ ０ （ Ｉ ＃ 螺纹钢 ， 材料强
主， 具金属一 玻璃 光 泽 ， 质硬 ， 普 遍 含有 夹 矸 ２层 。 稳 定 煤层 ， 全 区可 采 ， 煤 层倾 角平 均 为 ４ 。 。单 轴抗
压强度平均为 ｌ ７ ． ７ ２ Ｍ Ｐ ａ 。３ 煤性脆 ， 内生节理裂 隙发育。直接顶为砂质泥岩和 中粒砂岩 ，平均厚
２ ０ １ ４年 第 ３ ９卷 第 ４期
Ｖｏ ｌ ＿ ３９ Ｎｏ ． ４
能 源 技 术 与 管 理
Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ６ ５
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ０ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ － ９ ９ ４ ３ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ４ ． ０ ２ ５
ｌ １ ． ８ ｍ， 局部含泥质较多。底板为砂质泥岩 ， 中厚
层状 ， 含植 物化 石 ， 局部砂 质含 量较 高 ， 岩 芯 完整 。
西二 盘 区 ３ 煤顶 底板 情况 如 图 １ 所示 。
累
， ｍ
层
／ Ｉ ｎ
柱
岩
厚 厚
状 名称
岩性 描述
程 中， 围岩十分破碎 ， 巷道变形严重 ， 顶板和两帮 位移较大 ， 底鼓剧烈 。锚杆 、 锚索 、 钢筋托梁 、 槽钢 托梁 和金 属 网片等 支护 构件 受力 很 大 ， 变 形 明显 ， 甚至 出现 破断 、 网兜 现 象严 重 ， 巷 道支 护效 果差 。
基子有限差分 的巷 道支护参数优化方 法研究
王 建会
（ 晋煤 集团 寺河煤矿 ， 山西 晋城 ０ ４ ８ ２ ０ ５ ）
［ 摘
要 ］ 在 详 细 了解 寺 河矿 西二 盘 区巷 道和 地 质与 生 产条件 的基础 上 ，在 井下选择 有代 表 性 的 地点进 行 地质 力 学测试 。运 用有 限差分数 值 计 算软件 ， 进行 多方案 支护设 计模 拟 计 算 ，研 究适合 寺 河矿 西二 盘 区一 次使 用巷道 的合 理 支护方 式及参 数 ， 在 Ｗ２ ３ ０ １ ３ 巷进行 工业试验。试验巷道监测顶板 离层、 表面位移、 锚 杆与锚 索受力， 评
４ ０３ ． １ ８ ５ ． ９ ２
＿ ３ 煤 层 质 矸 较 硬 ， 煤 芯 完 整 ， 煤 中 有 薄 层 夹
砂质 厌黑 色 ，中厚层状 ，含植物化石 ， 泥岩 局部砂 质含量较高 ．岩芯完犍
ｌ ± 】 蜘
黑色 ， 均一 结构 ， 似金属光泽 ， 煤
４ ｌ ２ ５ ５ ９ ． ３ ７
３ ８ ９ ． ７ ０ １ １ ． ８ ０
３ ９ ３
．
／
１ ０ ３ ． ４ ０
ห้องสมุดไป่ตู้
中粒 夹薄层砂质泥岩 ， 成份 以石英 、
，
深灰色． 厚层状， 岩芯完整， 局郎
３ ９ ７ ． ２ ６ ４ ． １ ６
砂 岩 石 为 主 分 选 磨 圆 一 般 砂质 灰黑色 ，中厚层状 ， 岩芯完整 ，含 泥岩 植物化石 ，底部有０ ． ２ ０ ｍ泥岩
大为 ９ ． ４ ５ ＭＰ ａ ， 最 小为 ６ ． ７ ７ ＭＰ ａ ； 垂 直 主应力 最 大 为 １ ３ ． ７ ６ ＭＰ ａ ， 最小 为 １ １ ． ５ ５ ＭＰ ａ 。 ３ 煤 地应 力水 平
４ ０ ３ ｍ， 煤层厚度平均为 ６ ． ２ ４ ｍ 。 煤体黑色， 亮煤为
价 支护效 果 。
［ 关键 词 ］ 一 次使 用巷 道 ； 支 护设 计 ； 参数 优 化 ［ 中图分类号 ］Ｔ Ｄ３ ５ ３ ＋ ． ６［ 文献标识码 ］Ｂ ［ 文章编号 ］１ ６ ７ ２ ＿ ９ ９ ４ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ ０ ６ ５ ２
０ 引 言
寺 河矿 西 二盘 区作 为一个 全 新盘 区 ，地 质资 料 相 对 匮乏 ， 由于 瓦斯 含量特 别 高 ， 各 项工 程 进展 较慢。 通 过现 场调 查 ， 西 二 盘 区巷 道 在掘进 支 护过
度达不到要求 ； ②预紧力小 ： 施工过程中锚杆的预 紧扭 矩 一般 在 １ ０ ０ ～ １ ５ ０ Ｎ・ ｍ之 间 ， 很 难发 挥 锚 杆 的主动支护作用 ； ③巷道变形大 ： 顶板某些部位发 生明显的离层 ， 帮部煤体破碎。
面对西 二盘 区巷 道变 形情 况 ，有必 要 进行 详 细 的地 质力 学测 试 ，为该 巷道 支 护设计 提 供详 细 的基 础 参数 。 在 此基 础上 ， 对 巷道 进行 科学 合 理 的 支 护参 数设 计 ， 避免 因巷 道变 形破 坏影 响生 产 ， 甚 至造成 顶板 安全 隐患 ［ ｉ － ２ ］ 。
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Ｋ ７ 精 深 灰 色 ，局 部 夹 薄层 砂 质 泥 岩 煤层 黑色 ， 似金腾光泽 ， 煤 中 有 薄层 夹 矸
图１ 西二 盘 区 ３ 煤 顶 底 板综 合柱 状 图
２ 地质力学参数测试
２ ． １ 地 应 力
１ 巷道地质 条件
Ｗ２ ３ ０ １ ３ 巷沿 ３ 煤层底板掘进 ， ３ 煤位于二 叠系下统山西组下部 ，所采煤层埋藏深度平均为
通 过 对 寺 河煤 矿 西 二 盘 区 ３ 煤 ３ 个 测 站 的
地应力测量结果进行处理和分析可以得到 ：①西 二盘区 ３ 煤 ３个测 站最 大水 平 主应力 最 大为 ｌ ７ ． ８ ９ ＭＰ ａ ， 最小为 １ ３ ． １ ０ ＭＰ ａ ； 最 小水 平 主应 力 最
３ ７ ６ ． ８ ５ ９ ． ５ ５ Ｋ ， 中粒 浅灰色 ， 厚层状 ， 成份以石英 、长 砂岩 石为主 ， 分 选磨 圆一般 ，局部夹含 泥 质 角 砾 砂质 灰黑色 ，中厚层状 ，断 口平整 ． 泥岩 硒部含泥质较多
目前该区域巷道支护存在的问题有 ：①支护 材料强度偏低 ： 锚杆杆体为 ４ ０ （ Ｉ ＃ 螺纹钢 ， 材料强
主， 具金属一 玻璃 光 泽 ， 质硬 ， 普 遍 含有 夹 矸 ２层 。 稳 定 煤层 ， 全 区可 采 ， 煤 层倾 角平 均 为 ４ 。 。单 轴抗
压强度平均为 ｌ ７ ． ７ ２ Ｍ Ｐ ａ 。３ 煤性脆 ， 内生节理裂 隙发育。直接顶为砂质泥岩和 中粒砂岩 ，平均厚
２ ０ １ ４年 第 ３ ９卷 第 ４期
Ｖｏ ｌ ＿ ３９ Ｎｏ ． ４
能 源 技 术 与 管 理
Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ６ ５
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ０ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ － ９ ９ ４ ３ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ４ ． ０ ２ ５
ｌ １ ． ８ ｍ， 局部含泥质较多。底板为砂质泥岩 ， 中厚
层状 ， 含植 物化 石 ， 局部砂 质含 量较 高 ， 岩 芯 完整 。
西二 盘 区 ３ 煤顶 底板 情况 如 图 １ 所示 。
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柱
岩
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程 中， 围岩十分破碎 ， 巷道变形严重 ， 顶板和两帮 位移较大 ， 底鼓剧烈 。锚杆 、 锚索 、 钢筋托梁 、 槽钢 托梁 和金 属 网片等 支护 构件 受力 很 大 ， 变 形 明显 ， 甚至 出现 破断 、 网兜 现 象严 重 ， 巷 道支 护效 果差 。
基子有限差分 的巷 道支护参数优化方 法研究
王 建会
（ 晋煤 集团 寺河煤矿 ， 山西 晋城 ０ ４ ８ ２ ０ ５ ）
［ 摘
要 ］ 在 详 细 了解 寺 河矿 西二 盘 区巷 道和 地 质与 生 产条件 的基础 上 ，在 井下选择 有代 表 性 的 地点进 行 地质 力 学测试 。运 用有 限差分数 值 计 算软件 ， 进行 多方案 支护设 计模 拟 计 算 ，研 究适合 寺 河矿 西二 盘 区一 次使 用巷道 的合 理 支护方 式及参 数 ， 在 Ｗ２ ３ ０ １ ３ 巷进行 工业试验。试验巷道监测顶板 离层、 表面位移、 锚 杆与锚 索受力， 评
４ ０３ ． １ ８ ５ ． ９ ２
＿ ３ 煤 层 质 矸 较 硬 ， 煤 芯 完 整 ， 煤 中 有 薄 层 夹
砂质 厌黑 色 ，中厚层状 ，含植物化石 ， 泥岩 局部砂 质含量较高 ．岩芯完犍
ｌ ± 】 蜘
黑色 ， 均一 结构 ， 似金属光泽 ， 煤
４ ｌ ２ ５ ５ ９ ． ３ ７
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ห้องสมุดไป่ตู้
中粒 夹薄层砂质泥岩 ， 成份 以石英 、
，
深灰色． 厚层状， 岩芯完整， 局郎
３ ９ ７ ． ２ ６ ４ ． １ ６
砂 岩 石 为 主 分 选 磨 圆 一 般 砂质 灰黑色 ，中厚层状 ， 岩芯完整 ，含 泥岩 植物化石 ，底部有０ ． ２ ０ ｍ泥岩
大为 ９ ． ４ ５ ＭＰ ａ ， 最 小为 ６ ． ７ ７ ＭＰ ａ ； 垂 直 主应力 最 大 为 １ ３ ． ７ ６ ＭＰ ａ ， 最小 为 １ １ ． ５ ５ ＭＰ ａ 。 ３ 煤 地应 力水 平
４ ０ ３ ｍ， 煤层厚度平均为 ６ ． ２ ４ ｍ 。 煤体黑色， 亮煤为
价 支护效 果 。
［ 关键 词 ］ 一 次使 用巷 道 ； 支 护设 计 ； 参数 优 化 ［ 中图分类号 ］Ｔ Ｄ３ ５ ３ ＋ ． ６［ 文献标识码 ］Ｂ ［ 文章编号 ］１ ６ ７ ２ ＿ ９ ９ ４ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ ０ ６ ５ ２
０ 引 言
寺 河矿 西 二盘 区作 为一个 全 新盘 区 ，地 质资 料 相 对 匮乏 ， 由于 瓦斯 含量特 别 高 ， 各 项工 程 进展 较慢。 通 过现 场调 查 ， 西 二 盘 区巷 道 在掘进 支 护过
度达不到要求 ； ②预紧力小 ： 施工过程中锚杆的预 紧扭 矩 一般 在 １ ０ ０ ～ １ ５ ０ Ｎ・ ｍ之 间 ， 很 难发 挥 锚 杆 的主动支护作用 ； ③巷道变形大 ： 顶板某些部位发 生明显的离层 ， 帮部煤体破碎。
面对西 二盘 区巷 道变 形情 况 ，有必 要 进行 详 细 的地 质力 学测 试 ，为该 巷道 支 护设计 提 供详 细 的基 础 参数 。 在 此基 础上 ， 对 巷道 进行 科学 合 理 的 支 护参 数设 计 ， 避免 因巷 道变 形破 坏影 响生 产 ， 甚 至造成 顶板 安全 隐患 ［ ｉ － ２ ］ 。
