深部软岩巷道的钢钎维支护稳定性分析

汪 军，李寿山

（1.贵州开磷集团矿业总公司， 贵州贵阳 550302；2.化工部长沙设计研究院， 湖南长沙 410116）

深部软岩巷道的钢钎维支护稳定性分析

汪 军1，李寿山2

（1.贵州开磷集团矿业总公司， 贵州贵阳 550302；2.化工部长沙设计研究院， 湖南长沙 410116）

在深部软岩巷道的支护参数设计中，采用加了钢纤维的混凝土来取代素混凝土，采用树脂端部固定式锚杆取代传统的砂浆锚固锚杆。有限元数值计算结果表明，巷道的最大主应力显著降低，巷道的垂直位移减小了28%，巷道的水平位移减小了37%，锚杆锚固力增大了40%，巷道塑性区的面积大大地减小，巷道底板的底臌量也得到很好的控制。

软岩巷道；巷道支护；钢钎维支护；稳定性分析

目前矿山逐渐进入深部开采，在高应力加爆破扰动的影响下，普通的锚喷支护方式已不适用于深部巷道的支护。控制深部软岩巷道的变形需考虑支护体强度、支护体刚度和支护体结构的耦合三要素。鉴于此，采用在普通的喷射混凝土中添加适量的钢纤维的方法可以使混凝土支护层的强度大大增加，避免因部分支护层破坏而导致的巷道片帮、底臌与冒顶现象。

1 钢纤维支护机理

水泥、砂子、水和钢纤维经搅拌后可形成钢纤维混凝土，由于掺入的钢纤维长度比砂子的粒径大，因此钢钎维被当成混凝土的填入料。钢纤维的作用主要表现在三个方面：阻裂、增强和增韧。由于钢纤维与混凝土支护体有很强的粘结力，使得支护体界面产生了新的剪切应力，将巷道的支护体所承受的荷载均匀地分到包含钢纤维的混凝土中。试验研究结构显示，当钢纤维的体积占混凝土体积的1%～2%时，其抗拉强度比普通混凝土的抗拉强度可提高40%～80%。

2 钢钎维支护数值计算

该深埋软岩巷道的钢纤维混凝土喷层为100 mm，段部锚固的树脂锚杆长度为2.5m，树脂锚杆的间距和排距分别为800，1000mm，巷道的底角锚杆长度为3m，间距为1000mm。其数值模拟结果如图1～图4所示。

图1 最大主应力分布

图2 竖直位移分布

图3 水平位移分布

图4 塑性区分布

从有限元计算模型的计算结果可得出：深部软岩巷道支护采用加了钢纤维的混凝土来取代素混凝土，采用树脂端部固定式锚杆取代传统的砂浆锚固锚杆，巷道的最大主应力有显著的降低，巷道的垂直位移降低，减小了28%，巷道的水平位移减小了37%，锚杆支护后的锚固力增大了40%，巷道的塑性区的面积大大地减小，巷道底板的底臌量也得到很好的控制。

3 结 语

通过有限元数值计算结果可知，在深部软岩巷道的支护参数设计中，采用加了钢纤维的混凝土来取代素混凝土，采用树脂端部固定式锚杆取代传统的砂浆锚固锚杆，不仅能使支护方式更有效，同时能减少支护作业的繁琐工序，从而提高劳动生产率。

［1］陈祖煜，杨 健.岩土预应力锚固技术的进展［J］.贵州水力发电，2004，18（5）：5－10.

［2］余伟健，高 谦.复合性软弱围岩巷道支护参数优化设计［J］.采矿技术，2006，6（3）：322－325.

［3］何思明，张小刚，王成华.预应力锚索破坏特性及极限抗拔力研究［J］.岩石力学与工程学报，2004，23（17）：2966－2971.

［4］朴龙泽，李正国，刘志国，等.锚根合理设计长度的分析［J］.水力发电，1996（7）：45－49.

［5］王永岩，岳彩虹，张红霞，等.柔性注压锚杆结构参数与围岩压力对锚固系统的影响［J］.矿业研究与开发，2010，30（1）：37－39.

2010－03－04）

汪 军（1963－），男，江西景德镇人，工程师，主要从事采矿技术设计。