中国煤炭学会

目的　　随着矿井开采向深部延伸，一次支护难以控制深部高应力软岩巷道的长期流变，通常需要进行二次支护。但解决二次支护在时间和强度上与围岩变形之间的耦合问题十分困难，本文利用FLAC2D数值计算软件中的指数蠕变模型，研究高应力软岩巷道二次耦合支护问题。方法　　利用FLAC2D数值计算软件中的指数蠕变模型，研究高应力软岩巷道二次支护与围岩变形之间的耦合问题。首先，根据试验巷道生产地质条件建立数值分析模型，并根据现场矿压观测数据，采用反分析法，确定模型中各力学参数。模拟过程中每一计算步所需时间设为100 s，并采用分步计算的方法，即一次支护计算平衡后，再分别计算二次支护时间、支护强度等对围岩蠕变速率的影响规律，进而分析高应力软岩巷道围岩应力与位移的时变规律、以及该时变规律与二次支护之间的内在联系。结果　　从数值分析结果中可以看出，试验巷道一次支护后：①变形初期（0～10 Ms）围岩移近速度比较剧烈，稳定后围岩移近速度约为0. 08 μm/ s（即6～7 mm/ d），数值分析结果与现场实测结果基本吻合，验证了该模型的合理性，同时也表明一次支护不能保证巷道的稳定。②应力演化与围岩移近速度具有相似的时变规律，一次支护后1.5～2 Ms（即415～555 h），巷道周边应力与围岩变形速度都逐渐趋于稳定，说明应力与围岩变形速度稳定的时间基本一致，若二次支护过早（小于1 Ms），巷道处于应力演化与围岩变形的剧烈影响期，二次支护难以抵抗强大的变形压力。二次支护后：①二次支护滞后时间为200 h时，围岩的蠕变速度最大，随着二次支护时间的延长，围岩蠕变速度逐渐减小，600 h时达到最小值，这与巷道周边应力和围岩移近速度稳定的时间段非常接近，合理的二次支护时间应处于应力与围岩移近速度趋于稳定的时间段附近。②随着二次支护强度的提高，围岩平均蠕变速度逐渐减小，但支护强度超过0.25～0.30 MPa后，蠕变速度基本保持不变，高应力软岩巷道存在一个合理的二次支护强度范围，超过该强度范围巷道围岩蠕变速度不会有明显降低。注浆加固范围对围岩蠕变速度的影响规律类似支护强度的影响规律，超过一定加固范围后蠕变速度变化不明显，综合考虑技术和经济条件，试验巷道二次支护强度应在0. 25～0. 30 MPa之间，注浆半径不应小于3 m。结论　　基于FLAC2D指数蠕变模型得到的数值分析结果与现场实测基本吻合，验证了该模型的合理性。计算结果表明，巷道周边应力与围岩移近速度稳定的时间基本一致，若二次支护过早（小于1 Ms），巷道处于应力演化与围岩移近的剧烈影响期，二次支护难以抵抗强大的变形压力。在巷道周边应力和围岩变形速度趋于稳定时进行二次支护，围岩蠕变速度最低，针对试验巷道，合理的支护强度应在0. 25～0. 30 MPa之间，注浆加固半径不应小于3 m。现场矿压观测表明，采用指数蠕变模型得到的二次支护强度范围，在围岩变形速度稳定时进行二次支护，可以使二次支护在时间和强度上与围岩变形实现耦合，有效控制了高应力软岩巷道的强烈变形、保持了巷道长期稳定。

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