·216· 北京科技大学学报 2006年第3期 表1阳泉矿区锚索支护二次动压巷道正文数值试验因素与水平 Table 1 Numerical examination factors and levels of reinforcement by cable in Yangquan mining area 设计水平 类别 序号 因素 代号 1 2 煤柱宽度 1 巷道煤柱宽度/m 20 15 10 2 二次应力影响范围/m 场 24 出 二次应力 3 等效二次峰值系数，a C 1.2 1.3 1.4 4 错杆长度/m D 1.8 2.2 2.6 5 锚杆间距/m E 0.6/7根 1.05/4根 1.4/3根 顶板 6 错索长度/m 8 10 12 7 锚索间距/m Q 1.4/3根 2.1/2根 4.2/1根 锚素排距/m H 1.6 1.8 2.0 9 锚杆长度/m 1 1.8 2.2 2.6 10 锚杆何距/m 0.5/6根 0.83/4根 1.25/3根 两帮 11 一帮锚发长度/m 个 6 7 8 12 一帮锚索间距/m 0.83/3根 1.25/2根 2.5/1根 3 一帮锚索排距/m M 1.6 1.8 2.0 2.2方案数值模拟 坏时几乎使巷道围岩全部挤死而无法通行是煤矿 按照二次动压巷道正交试验第1计算方案所 常见的现象，主要原因为巷道底板没有采用锚杆 确定的计算参数，采用有限差分软件Flac2D进行 或锚索进行加固.其他部位的破坏机理为剪切屈 数值计算[4，图2为第1方案计算位移矢量图和 服破坏，变形相对较小，究其原因锚杆和锚案不仅 塑性区图.从图中发现，由于巷道左、右两帮施加 提高围岩的抗剪切破坏强度，同时提高了围岩抗 长锚索和短锚杆两种不同类型的支护，故两帮围 拉强度[] 岩塑性区分布存在显著差异，对于左帮长锚索支 2.8 护，仅在左下侧有局部塑性破坏区，而右帮在铺杆 2.6 之外存在大范围的塑性区 24 k33 ,31 w1✉x'x''x'x 2.0 1.8 2.7 1.6 2.3 州 262.83.0 32 34 36 4.0 图3第1计算方案变形失稳状态位移矢量和塑性区 器3多m天慧 1.9 .7 Fig.3 Displacement vector and plastic zone of distortion and 2.62.83.03.23.43.63.84.04.2 unstable state by the numeration scheme No.1 图2第1计算方案的位移矢量和塑性区 2.3正交数值试验结果分析 Fig.2 Displacement vector and plastic zone plot of the numera- tion scheme No.1 同第1计算方案的计算步骤，根据正交试验 图3为未加固状态下巷道变形失稳状态的位 表，进行27次计算，由此可以获得不同应力环境 移矢量和塑性区图.可见，巷道变形破坏主要在 下、不同支护参数组合方案的巷道位移与稳定安 底板部位，其破坏机理主要为张拉破坏，巷道底板 全系数.因篇幅限制，表2仅列出了前3个方案 在拉应力的作用下，破裂、底鼓直至与顶板闭合， 的计算结果，经比较，得出以下主要结果： 导致整个巷道变形破坏，最终变形破坏的最大位 (1)随着支护强度的降低，巷道位移随之增 移矢量达到2.06m.显然，对于2.5m的巷道，破 大，稳定安全系数都随之减小· 2 1 6 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6 年第 3 期 表 1 阳泉矿区锚索支护二次动压巷道正交数值试验因素与水平 aT b l e 1 N u m e d c a l e x a而 。 时 i o n af e t o sr a而 l e v e l s o f er i n of r c e m e n t b y c a b l e i n Y a n g q u an m i n i gn a卿 设计水平 类别 序号 因 素 代号 煤柱宽度 二次应力 2 0 1 . 2 2 4 2 8 1 . 3 1 . 4 0 . 6/ 7 根 1 . 0 5 / 4 根 1 . 4/ 3 根 顶板 1 . 4/ 3根 2 . 1/ 2 根 4 . 2/ 1根 两帮 9 1 0 1 1 巷道煤柱宽度 /m 二次应力影响范 围 /m 等效二次 峰值系数 , a 锚杆长度 / m 锚杆间距 / m 锚索长度 / m 锚索 间距 / m 锚索排距 / m 锚杆长 度 / m 锚杆间距/ m 一帮锚索长度 / m 一帮锚索间距 / 。 一帮锚索排距 / m 0 . 5/ 6 根 0 . 8 3 / 4 根 1 . 25 / 3 根 1 2 1 3 0 . 8 3 / 3 根 1 . 2 5 / 2 根 2 . 5/ 1 根 2 . 2 方案数值模拟 按照二 次动 压巷道正交试验第 1 计算方案所 确 定的计算参 数 , 采 用 有 限差 分软件 lF a 产D 进 行 数值计算4[J , 图 2 为 第 1 方 案 计算位 移 矢 量 图和 塑性区图 . 从 图 中发 现 , 由于 巷道左 、 右两 帮施 加 长锚索和短锚杆 两 种不 同类型 的 支 护 , 故两 帮 围 岩塑性 区 分布存在 显著差 异 . 对于 左 帮长锚 索 支 护 , 仅 在左下侧有局 部塑性 破坏 区 , 而右帮在锚 杆 之外存在大范 围的塑性 区 . 坏时几 乎使巷道围岩全部挤 死而 无法通行 是煤矿 常见的现象 , 主 要原 因为巷道底 板 没有 采 用锚 杆 或锚索进行加 固 . 其他部位的破 坏机 理 为剪切 屈 服破坏 , 变形 相对 较小 , 究其原因锚杆和 锚索 不仅 提高 围岩 的抗 剪切 破坏 强 度 , 同 时提 高 了 围岩 抗 拉强度 5j[ . 工扭斗三 〔军 仑 . 、 ~ 裂 一 { 侧 协 」 二习马 x 宁有 二生 州 于 妞 斑 斗彭套防 不 纂 下不 门 十 石 , - - 面 , 下 ; 考 干降于告砰 ,奋 , 1 尹 下 二 下 , - 笼 · 「 : 卜 , ` } , ` } , ` 一 , ` · 一 { ` · } 、 · }三不硫 案 ` } . ’ { 姗 几 小 } , 三泽 丝渐认 , { · { 、 l , } · ` 7 , l , 、 } 小 } · · { , { · · 卜匕胜 “ } · ( , } , 1 减 } , , } , } , { , { · { , 巨卜 。 } , 洲 · { 回 , ! · l 二 { , { , } , { · {叫 } 代 l 笼 } , 卜 . } , { , . } , 刁 尸钾肠 、 ` 、 、 、 、 、 \ 二 、 、 从从\ 从、 从从从` 、 \ 、 、 , ` 拭 、 . ’ 从 ` 、 , 、 , 、 x 、 、 , 洲 轰x 从狡从从从从从从、 x 、 、 、 只 ` 、 1 . ` x ` 、 、é内,产ù J ,月. … ù勺山, 一撇撰 2 少 夯刀 产卜气气乏气 气 x 厂厂尸八、 、 叉-x 气 气 1 . 9 1 . 7 2石 2名 3乃 3 2 3 . 4 3 . 6 3名 4 . 0 4 2 图 3 第 1 计算方案变形失稳状态位移 矢t 和塑性区 F i g . 3 D i s P I毗毗 n t v e e t or a n d P las ti e z o en o f d i s t o rt i o n a n d un s t a b l e s t at e by t h e n u r n e ar t i o n s e h e m e N o . 1 妞父双大城筑封叉盆X洲Xx 、 ` 马 . , ` 、` 、. , … 才廿户J , 户rù, 盆洲耳书义X火沉Xx 、 ``J I .l 才廿,`产rl、rl 尸刘刘泪引别x 友门曰侧巨目口拼城臼闰匆七减义入跳n助.目 川州盯丫jxJ幻刘尸rr .、 ù、 、 创州尸丫厂尸们妇引刻司目川刘州xl .、 一ō、 、 、、、 x ō一蕊 从 、\/沉洲冰盆 , 、沉x 、 万洲X.X 、 、` 翻城又X 图 2 第 1 计算方案 的位移矢量和塑性区 iF g . 2 D i s p l a ce me n t v e c t o r a dn Pl a st l e z o n e P IOt o f t h e n o 川口e r a - t i o n s C h e 刃口e N o 。 1 图 3 为未加 固状态下 巷道变形 失稳 状态 的位 移矢 量 和塑 性 区 图 . 可 见 , 巷道变形 破坏 主 要 在 底板部位 , 其破坏机 理主要 为张拉破坏 , 巷道底板 在拉应 力的 作用下 , 破裂 、 底 鼓直至 与顶 板 闭合 , 导致整个 巷道变形 破 坏 , 最 终变形 破 坏的最 大位 移矢量达到 2 . 06 m . 显 然 , 对于 2 . 5 m 的巷 道 , 破 2 . 3 正交数值试验结果分析 同第 1 计 算方案 的计算步 骤 , 根据正 交 试 验 表 , 进 行 27 次 计 算 , 由此 可 以获得 不同 应力 环 境 下 、 不 同支护参 数组 合方 案的 巷道位 移 与稳 定 安 全系数 . 因篇 幅限制 , 表 2 仅列 出了前 3 个方 案 的计算结果 . 经 比较 , 得 出以下 主要结果 : ( 1) 随 着支 护强 度 的 降低 , 巷道 位移随之 增 大 , 稳 定安全 系数都随之减小