陳雨韜

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000）

1 前言

隨著煤炭開(kāi)采深度的不斷增加，開(kāi)采環(huán)境變得越來(lái)越復(fù)雜，巷道支護(hù)問(wèn)題日趨嚴(yán)峻。目前巷道支護(hù)主要有錨桿支護(hù)、錨索支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)，其中錨桿、錨網(wǎng)支護(hù)等傳統(tǒng)支護(hù)方法在提高巷道穩(wěn)定性方面的效果較為明顯，但仍然存在一些缺點(diǎn)，比如，支護(hù)結(jié)構(gòu)容易變形失穩(wěn)，對(duì)圍巖的控制效果較差等。為解決傳統(tǒng)支護(hù)存在的問(wèn)題，吸能支護(hù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。吸能支護(hù)是通過(guò)吸收能量來(lái)保護(hù)圍巖穩(wěn)定，其主要是以柔性材料吸收巷道圍巖能量為特征的一種支護(hù)方式。吸能支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是可減少支護(hù)體發(fā)生失穩(wěn)的可能性，且對(duì)圍巖變形控制效果明顯。隨著深部開(kāi)采的不斷增加和地質(zhì)條件的不斷復(fù)雜，巷道圍巖應(yīng)力和變形受到的擾動(dòng)越來(lái)越大，傳統(tǒng)支護(hù)會(huì)因?yàn)閼?yīng)力集中導(dǎo)致失穩(wěn)破壞發(fā)生。吸能支護(hù)利用柔性材料吸收能量來(lái)減少巷道圍巖應(yīng)力集中、減小變形從而控制巷道圍巖失穩(wěn)破壞。采用正交試驗(yàn)法，通過(guò)數(shù)值模擬試驗(yàn)研究不同吸能支護(hù)參數(shù)對(duì)巷道圍巖應(yīng)力、變形和塑性區(qū)的影響規(guī)律。為確定吸能支護(hù)與圍巖協(xié)同作用的最佳參數(shù)組合，實(shí)現(xiàn)吸能支護(hù)與圍巖協(xié)同作用最大化提供依據(jù)。

1.1 數(shù)值模型

采用ABAQUS 數(shù)值模擬軟件，建立了以巷道為研究對(duì)象的數(shù)值模型，模型尺寸為8m×4m×5m，巷道頂板采用實(shí)體單元模擬，底板為連續(xù)彈性介質(zhì)。采用莫爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則，忽略巷道上覆巖層重量，支護(hù)材料的彈性模量取值100GPa。巷道兩側(cè)均為實(shí)體墻，底部和兩幫為厚度為1m 的實(shí)體混凝土，頂板和兩幫均為厚度為5m 的混凝土。

計(jì)算模型中主要考慮了以下因素：（1）巷道斷面形狀，采用正方形斷面；（2）考慮了地應(yīng)力和巖層自重的影響；（3）計(jì)算模型尺寸和邊界條件。由于圍巖強(qiáng)度較高，其彈性模量取值為100GPa。計(jì)算模型中采用了9 節(jié)點(diǎn)六面體單元（SOLID45）模擬圍巖內(nèi)部的接觸關(guān)系。由于巷道的開(kāi)挖使圍巖內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，且巷道開(kāi)挖后，圍巖中會(huì)產(chǎn)生裂縫等損傷區(qū)域，所以在計(jì)算過(guò)程中設(shè)置了部分的損傷單元。

1.2 模擬方案

以巷道吸能支護(hù)參數(shù)為研究對(duì)象，采用FLAC3D 數(shù)值模擬軟件進(jìn)行建模，巷道頂板為均質(zhì)實(shí)體圍巖，底板為泥巖。在巷道布置過(guò)程中，需要考慮巷道開(kāi)挖過(guò)程中的應(yīng)力、位移及塑性區(qū)分布規(guī)律。由于采用了數(shù)值模擬軟件FLAC3D，因此在數(shù)值模擬前，需要將模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。通過(guò)計(jì)算可得，在水平方向上的應(yīng)力云，在垂直方向上的應(yīng)力云。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確定了7 個(gè)正交試驗(yàn)方案。

正交試驗(yàn)方案是選取3 個(gè)水平的三因素三水平組合進(jìn)行試驗(yàn)分析，因此選擇5 個(gè)水平（a、b、c、d、e）進(jìn)行正交試驗(yàn)。其中a 為3 個(gè)水平的順序編號(hào)；b 為3個(gè)水平的最優(yōu)組合；c 為3 個(gè)水平的最差組合；d 為3個(gè)水平的最次組合；e 為3 個(gè)水平的最好組合。

在數(shù)值模擬中采用單因素分析法，分別將3 個(gè)水平的吸能支護(hù)參數(shù)設(shè)置為：（a）頂板采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)；（b）底板采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿+長(zhǎng)錨索支護(hù)；（c）巷道頂部采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿+長(zhǎng)錨索+高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)。通過(guò)計(jì)算得出吸能支護(hù)參數(shù)對(duì)巷道圍巖應(yīng)力、變形及塑性區(qū)分布規(guī)律的影響，得出了巷道吸能支護(hù)參數(shù)對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的影響規(guī)律。在吸能支護(hù)參數(shù)確定后，分別將吸能支護(hù)參數(shù)設(shè)置為4 種水平（a、b、c、d）進(jìn)行數(shù)值模擬分析。即：（a）吸能支護(hù)參數(shù)為4；（b）吸能支護(hù)參數(shù)為3；（c）吸能支護(hù)參數(shù)為2；（d）吸能支護(hù)參數(shù)為1。通過(guò)對(duì)比分析可知，4 種方案的巷道圍巖應(yīng)力分布規(guī)律、塑性區(qū)分布規(guī)律以及最大主應(yīng)力差變化規(guī)律基本一致。

1.3 結(jié)果分析

分析結(jié)果表明，各因素對(duì)巷道圍巖塑性區(qū)分布和最大主應(yīng)力的影響順序?yàn)椋篧＞H＞C＞D。吸能支護(hù)對(duì)巷道圍巖塑性區(qū)分布影響很大，隨著W 和H 的增大，巷道圍巖塑性區(qū)范圍逐漸增大；隨著C 的增大，巷道圍巖塑性區(qū)范圍逐漸減小。在支護(hù)前后圍巖塑性區(qū)面積比不變的情況下，W 和H 越大，塑性區(qū)面積越小；當(dāng)W 和H 一定時(shí)，圍巖塑性區(qū)面積隨著C 的增加而逐漸減小。隨著吸能支護(hù)W 和H 的增加，巷道頂板圍巖最大主應(yīng)力逐漸減小；當(dāng)吸能支護(hù)W 和H 一定時(shí)，隨著吸能支護(hù)W 和H 的增加，頂板圍巖最大主應(yīng)力先增大后減??；當(dāng)吸能支護(hù)W 和H一定時(shí)，隨著吸能支護(hù)W 和H 的增加，頂板圍巖最大主應(yīng)力先增大后減小。在影響巷道圍巖塑性區(qū)分布的因素中，錨桿長(zhǎng)度對(duì)巷道圍巖塑性區(qū)分布影響較大。在其他條件不變的情況下，隨著錨桿長(zhǎng)度的增大，巷道圍巖最大主應(yīng)力先增大后減??；當(dāng)錨桿長(zhǎng)度一定時(shí)，隨著錨桿長(zhǎng)度的增加巷道圍巖最大主應(yīng)力先增大后減小。綜合以上結(jié)果可知，當(dāng)W 和H 一定時(shí)，吸能支護(hù)對(duì)巷道圍巖塑性區(qū)分布影響很小。

2 工程概況

黃陵二號(hào)煤礦位于陜西省銅川市耀州區(qū)境內(nèi)，設(shè)計(jì)能力為200 萬(wàn)噸/年，開(kāi)拓方式為一翼直采一翼斜切，是黃陵礦區(qū)首個(gè)機(jī)械化開(kāi)采的礦井，目前已形成了“三硬”煤柱條件下的采煤工藝，其中一翼為緩傾斜煤層，二、三翼為采區(qū)內(nèi)的主采煤層。在該礦采掘過(guò)程中，由于受煤層地質(zhì)條件變化及生產(chǎn)接續(xù)等因素影響，回風(fēng)巷道經(jīng)常發(fā)生變形破壞、嚴(yán)重失穩(wěn)等問(wèn)題。受上述因素影響，回風(fēng)巷道支護(hù)難度大，施工效率低。

目前，煤礦巷道主要采用錨網(wǎng)噴、錨索支護(hù)，錨索支護(hù)強(qiáng)度大、質(zhì)量高、施工方便，但存在施工效率低、巷道成型質(zhì)量差等問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，黃陵二號(hào)煤礦在原有巷道支護(hù)工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級(jí)改造。采用了一種新型的吸能支護(hù)形式：采用鋼帶作為吸能支護(hù)材料，其優(yōu)點(diǎn)是鋼帶可以在巷道發(fā)生變形時(shí)及時(shí)承載并吸收能量，從而形成一種具有一定抗變形能力的吸能支撐結(jié)構(gòu)，進(jìn)而起到對(duì)巷道圍巖的穩(wěn)定作用。吸能支護(hù)使用一種新型的鋼帶作為吸能支護(hù)材料。采用數(shù)值模擬軟件建立吸能支護(hù)數(shù)值模型對(duì)不同吸能支護(hù)參數(shù)下巷道圍巖的應(yīng)力、變形及塑性區(qū)進(jìn)行研究分析。吸能支護(hù)系統(tǒng)主要由錨桿、鋼帶、錨索組成。

數(shù)值模擬采用FLAC3D 數(shù)值模擬軟件進(jìn)行建模和分析。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)該區(qū)域具有很強(qiáng)的軟弱性，巷道圍巖基本為泥巖、砂質(zhì)泥巖和砂質(zhì)粉砂巖等軟弱巖層組成，屬?gòu)?qiáng)不穩(wěn)定巖石。采用了三種不同的支護(hù)形式：（1）錨桿+鋼帶+錨索支護(hù)；（2）錨桿+鋼帶+錨索支護(hù)；（3）鋼帶+錨索支護(hù)。通過(guò)數(shù)值模擬分析可知：在正常施工條件下，吸能支護(hù)系統(tǒng)不會(huì)對(duì)巷道圍巖造成明顯影響；在采空區(qū)進(jìn)行回采作業(yè)時(shí)，巷道圍巖將會(huì)產(chǎn)生較大變形；隨著采掘的進(jìn)行，圍巖的變形量也會(huì)逐漸增加；當(dāng)采空區(qū)的回采結(jié)束后，巷道圍巖變形將會(huì)得到有效控制。

3 模型建立

（1）建模前準(zhǔn)備。本文采用FLAC3D 軟件建立模型，利用UDEC 數(shù)值模擬軟件建立巷道模型，并進(jìn)行數(shù)值模擬分析。使用FLAC3D軟件對(duì)不同支護(hù)方案進(jìn)行數(shù)值模擬，分析巷道吸能支護(hù)與圍巖協(xié)同作用機(jī)理，對(duì)吸能支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳的吸能支護(hù)參數(shù)。

（2）巷道模型建立。根據(jù)黃陵二號(hào)煤礦的實(shí)際情況，采用三維實(shí)體建模，并利用UDEC 數(shù)值模擬軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析。

（3）吸能支護(hù)參數(shù)確定。在數(shù)值模擬中，巷道吸能支護(hù)采用了兩種方案：①用鋼筋混凝土和吸能板組合的吸能支護(hù)方案；②在圍巖中打錨桿、錨索組合的吸能支護(hù)方案。錨桿、錨索長(zhǎng)度分別為500mm 和1200mm。鋼筋混凝土厚度為100mm，吸能板厚度為50mm，吸能板端部和中部的厚度各為100mm。

（4）網(wǎng)格劃分。本文巷道圍巖采用強(qiáng)度折減系數(shù)法進(jìn)行模擬，即取圍巖強(qiáng)度折減系數(shù)β=1/（1-β）。該方法計(jì)算出的結(jié)果更接近于實(shí)際情況。

（5）開(kāi)挖步驟。對(duì)巷道進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖方式采用線性開(kāi)挖方式，即每隔10m 設(shè)置一道人工錨桿。

（6）計(jì)算參數(shù)取值。根據(jù)黃陵二號(hào)煤礦實(shí)際情況，巷道埋深為800m，采用彈性力學(xué)理論進(jìn)行計(jì)算；巷道圍巖應(yīng)力取圍巖表面最大應(yīng)力值；采用強(qiáng)度折減系數(shù)β=1/（1-β）；模擬巖體中設(shè)置錨桿、錨索組合吸能支護(hù)方案。

3.1 模擬結(jié)果對(duì)比分析

在相同條件下，兩種支護(hù)方案的巷道圍巖位移、應(yīng)力分布都是類似的，說(shuō)明兩種支護(hù)方案均能有效控制巷道圍巖的變形，但不同的是，兩種支護(hù)方案下的錨桿受力及錨索受力差別很大。在相同條件下，兩種支護(hù)方案下的錨桿受力和錨索受力差別很大，這是因?yàn)樵趪鷰r中打錨桿、錨索時(shí)，由于圍巖內(nèi)部裂隙發(fā)育、應(yīng)力集中等因素的影響，圍巖中部分錨桿桿體已經(jīng)失效或只有少部分桿體可以正常工作，而不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此在圍巖中打錨桿、錨索時(shí)要加強(qiáng)支護(hù)，防止發(fā)生支護(hù)失效或不支護(hù)而發(fā)生冒頂?shù)仁鹿?。兩種方案下的錨桿受力差別很大。在相同條件下，兩種支護(hù)方案下的錨桿、錨索受力差別很大，說(shuō)明在巷道圍巖中打錨桿、錨索時(shí)要加強(qiáng)支護(hù)。

3.2 優(yōu)化方案

（1）根據(jù)巷道圍巖應(yīng)力分布情況，確定優(yōu)化方案。通過(guò)模擬不同錨桿、錨索長(zhǎng)度時(shí)巷道圍巖應(yīng)力分布情況，并將不同錨桿、錨索長(zhǎng)度下的巷道圍巖應(yīng)力分布情況進(jìn)行比較分析，確定最佳的吸能支護(hù)方案。隨著錨桿、錨索長(zhǎng)度的增加，巷道圍巖最大拉應(yīng)力、最大壓應(yīng)力和最大剪應(yīng)力均有增加。說(shuō)明增加錨桿、錨索長(zhǎng)度可以增加巷道圍巖的承載能力。

（2）對(duì)不同支護(hù)方案進(jìn)行模擬，對(duì)比分析。當(dāng)巷道圍巖內(nèi)設(shè)置多道人工錨桿時(shí)，隨著人工錨桿數(shù)量的增加，巷道圍巖中的最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力均在逐漸增加；當(dāng)人工錨桿數(shù)量達(dá)到一定程度時(shí)，巷道圍巖的最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力不再變化。同時(shí)，巷道圍巖中的最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力均小于圍巖內(nèi)設(shè)置的錨桿、錨索數(shù)量。說(shuō)明在吸能支護(hù)作用下，圍巖的承載能力得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。

（3）采用數(shù)值模擬方法對(duì)優(yōu)化后方案進(jìn)行驗(yàn)證。在圍巖中打吸能板后，對(duì)不同支護(hù)方案進(jìn)行模擬。說(shuō)明巷道圍巖中設(shè)置多道人工錨桿后，隨著人工錨桿支護(hù)作用的發(fā)揮，圍巖中的最大拉應(yīng)力、最大壓應(yīng)力均有所減小，表明吸能支護(hù)與圍巖協(xié)同作用機(jī)理得到了進(jìn)一步的證實(shí)。

3.3 優(yōu)化結(jié)果

首先，從數(shù)值模擬結(jié)果來(lái)看，兩種吸能支護(hù)方案在一定程度上提高了圍巖的承載能力，使其達(dá)到了更好的平衡。其中，錨桿的支護(hù)效果較好，可以提高圍巖的穩(wěn)定性；錨索支護(hù)效果相對(duì)較差，但錨索的承載能力較強(qiáng)，可以將圍巖中的應(yīng)力向圍巖內(nèi)部轉(zhuǎn)移。其次，從位移場(chǎng)分布情況來(lái)看，兩種方案位移場(chǎng)分布基本一致。不同之處在于，錨桿方案在頂板上方形成了一個(gè)非常明顯的能量區(qū)域；錨索方案頂板上方出現(xiàn)了兩個(gè)能量區(qū)域，在頂板上方形成了一個(gè)能量較高的區(qū)域。這是由于錨索方案產(chǎn)生了大量能量向頂板傳遞；而錨桿方案產(chǎn)生的能量較少，圍巖中主要產(chǎn)生能量為巖石內(nèi)部。最后，從塑性區(qū)分布情況來(lái)看，兩種支護(hù)方案塑性區(qū)分布均為三個(gè)主要區(qū)域，即頂板上方、兩幫和底板區(qū)域。其中錨桿方案下圍巖的塑性區(qū)主要分布在頂板上方，而錨索方案下圍巖的塑性區(qū)主要分布在兩幫和底板區(qū)域。因此，兩種支護(hù)方案均可以有效地提高圍巖的承載能力。

4 仿真結(jié)果及分析

4.1 不同吸能支護(hù)參數(shù)組合的應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律

在不同吸能支護(hù)參數(shù)組合下，圍巖應(yīng)力分布情況差異很大，變化規(guī)律不明顯。采用相同的吸能支護(hù)參數(shù)時(shí)，隨著吸能支護(hù)體彈性模量的增大，圍巖應(yīng)力呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)；而吸能支護(hù)參數(shù)不同時(shí)，在一定范圍內(nèi)對(duì)圍巖應(yīng)力的影響不明顯。另外，在相同吸能支護(hù)參數(shù)組合下，隨著錨桿長(zhǎng)度的增大，圍巖應(yīng)力和塑性區(qū)范圍也隨之增大。其中，采用相同錨桿長(zhǎng)度時(shí)，圍巖塑性區(qū)最大值出現(xiàn)在錨桿中部位置；采用不同錨桿長(zhǎng)度時(shí)，圍巖塑性區(qū)最大值出現(xiàn)在錨桿端部位置。這說(shuō)明了在一定范圍內(nèi)錨固長(zhǎng)度對(duì)巷道圍巖塑性區(qū)有影響。

隨著吸能支護(hù)參數(shù)的增加，巷道圍巖應(yīng)力逐漸減??；吸能支護(hù)參數(shù)不同時(shí)，巷道圍巖應(yīng)力變化趨勢(shì)基本一致；在相同吸能支護(hù)參數(shù)組合下，隨著錨桿長(zhǎng)度的增大，巷道圍巖應(yīng)力逐漸減小。這說(shuō)明在一定范圍內(nèi)增加錨桿長(zhǎng)度對(duì)提高圍巖強(qiáng)度和承載能力有顯著作用。另外，在相同錨桿長(zhǎng)度時(shí)，隨著錨固長(zhǎng)度的增大，巷道圍巖應(yīng)力呈先減小后增大趨勢(shì)；在相同錨固長(zhǎng)度時(shí)，隨著吸能支護(hù)參數(shù)的增加，巷道圍巖應(yīng)力逐漸減小。這說(shuō)明吸能支護(hù)參數(shù)對(duì)圍巖位移場(chǎng)的影響程度和作用效果隨著支護(hù)參數(shù)的不同而不同。這說(shuō)明在一定范圍內(nèi)增加吸能支護(hù)參數(shù)可以減小圍巖塑性區(qū)范圍。

4.2 不同錨固長(zhǎng)度對(duì)圍巖變形和承載能力的影響

采用相同的吸能支護(hù)參數(shù)時(shí)，隨著錨固長(zhǎng)度的增大，巷道圍巖的位移場(chǎng)、塑性區(qū)范圍也隨之增大；在相同錨固長(zhǎng)度時(shí)，隨著吸能支護(hù)參數(shù)的增加，巷道圍巖的位移場(chǎng)減??；這說(shuō)明在一定范圍內(nèi)，增加錨固長(zhǎng)度對(duì)巷道圍巖變形和承載能力有顯著作用。在實(shí)際工程中，由于巷道圍巖變形量很大，增加錨桿長(zhǎng)度能有效地控制巷道變形，但隨著錨固長(zhǎng)度的增大，支護(hù)效果不明顯。這是因?yàn)椋涸谝欢ǚ秶鷥?nèi)增加錨固長(zhǎng)度可以提高支護(hù)效果；但是，在一定范圍內(nèi)增加錨固長(zhǎng)度會(huì)使支護(hù)成本提高，所以在實(shí)際工程中，應(yīng)綜合考慮技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)吸能支護(hù)體彈性模量一定時(shí)，隨著吸能支護(hù)參數(shù)的增加，巷道圍巖位移場(chǎng)、塑性區(qū)范圍均呈增大趨勢(shì)。

4.3 吸能支護(hù)與圍巖協(xié)同作用分析

在相同條件下，吸能支護(hù)參數(shù)不同時(shí)，圍巖位移場(chǎng)表現(xiàn)出明顯差異，圍巖位移場(chǎng)變化趨勢(shì)也存在很大差異。其中在相同條件下，隨著吸能支護(hù)參數(shù)的增加，圍巖位移場(chǎng)呈逐漸減小的趨勢(shì)；而在相同條件下，隨著吸能支護(hù)參數(shù)的增加，圍巖位移場(chǎng)變化趨勢(shì)也隨之變化。綜上所述，采用不同的吸能支護(hù)參數(shù)組合時(shí)，圍巖位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)變化規(guī)律基本一致；當(dāng)吸能支護(hù)參數(shù)相同時(shí)，圍巖位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)變化規(guī)律也基本一致。

4.4 錨桿支護(hù)與吸能支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

（1）基于對(duì)不同錨桿支護(hù)與吸能支護(hù)參數(shù)下，巷道圍巖應(yīng)力及塑性區(qū)分布規(guī)律的分析，在保證吸能支護(hù)效果的基礎(chǔ)上，選擇吸能支護(hù)參數(shù)為：錨桿長(zhǎng)度為800mm、直徑為12mm，長(zhǎng)度為500mm、直徑為9mm。

（2）在巷道頂板圍巖中設(shè)置6 根錨桿，每根錨桿間距為400mm，根據(jù)上述的結(jié)果繪制出了巷道頂板圍巖位移場(chǎng)及塑性區(qū)分布曲線圖。

在巷道頂板未設(shè)置吸能支護(hù)時(shí)，頂板圍巖位移值在588～722mm。當(dāng)吸能支護(hù)參數(shù)為：錨桿長(zhǎng)度為800mm、直徑為12mm 時(shí)，頂板圍巖位移量最小，在此基礎(chǔ)上，又增加錨桿長(zhǎng)度和直徑進(jìn)行對(duì)比分析。隨著錨桿長(zhǎng)度的增加，頂板位移量減小。當(dāng)錨桿長(zhǎng)度從800mm 增加到722mm 時(shí)，頂板位移量減小了48.4%；當(dāng)錨桿長(zhǎng)度從800mm 增加到722mm 時(shí)，頂板位移量減小了30.1%。說(shuō)明在一定范圍內(nèi)增加錨桿長(zhǎng)度可以降低巷道頂板位移量。在相同的吸能支護(hù)參數(shù)組合下，增加錨桿長(zhǎng)度能夠有效降低巷道頂板位移量。

4.5 數(shù)值模擬結(jié)果驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)不同支護(hù)參數(shù)組合下，巷道圍巖塑性區(qū)和最大主應(yīng)力分布的數(shù)值模擬，得出了在相同條件下，不同支護(hù)參數(shù)組合對(duì)圍巖位移場(chǎng)的影響規(guī)律。將模擬結(jié)果與實(shí)際巷道圍巖位移場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的正確性。

在相同的支護(hù)參數(shù)組合下，巷道圍巖的最大主應(yīng)力呈線性分布，并且峰值出現(xiàn)在巷道兩側(cè)端部位置。隨著支護(hù)參數(shù)的增加，巷道圍巖應(yīng)力分布逐漸趨于穩(wěn)定；而吸能支護(hù)參數(shù)不同時(shí)，巷道圍巖應(yīng)力分布情況差異很大。這說(shuō)明吸能支護(hù)與圍巖協(xié)同作用效果隨著錨固長(zhǎng)度的增加而不同。另外，從圖中可以看出：在相同支護(hù)參數(shù)組合下，吸能支護(hù)與圍巖協(xié)同作用效果隨吸能支護(hù)體彈性模量增大而減小。這說(shuō)明在相同支護(hù)參數(shù)下，隨著吸能支護(hù)體彈性模量增加，吸能支護(hù)與圍巖協(xié)同作用效果呈線性減小。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）吸能支護(hù)與圍巖協(xié)同作用的最佳參數(shù)組合為：錨桿（索）直徑d=13mm，錨桿間排距s=0.75m，樹脂錨固劑強(qiáng)度f(wàn)p=0.12MPa，樹脂錨固劑長(zhǎng)度L=4m。采用此參數(shù)組合對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)，能夠有效地控制巷道圍巖的變形。

（2）吸能支護(hù)參數(shù)對(duì)圍巖應(yīng)力影響程度的大小關(guān)系為：樹脂錨固劑強(qiáng)度f(wàn)p＞錨桿（索）直徑d＞錨桿間距s＞錨固劑長(zhǎng)度L；吸能支護(hù)參數(shù)對(duì)圍巖塑性區(qū)影響程度的大小關(guān)系為：樹脂錨固劑強(qiáng)度f(wàn)p＞錨桿（索）直徑d＞錨固長(zhǎng)度L。此參數(shù)組合下的巷道圍巖應(yīng)力較小，塑性區(qū)分布合理，實(shí)現(xiàn)了吸能支護(hù)與圍巖協(xié)同作用的最大化。