厚煤層沿空掘巷圍巖穩(wěn)定控制探究

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1、厚煤層沿空掘巷圍巖穩(wěn)定控制探究【摘要】地下開采中圍巖的穩(wěn)定性是與圍巖本身的完整性和強(qiáng)度相關(guān)的，也受外部的應(yīng)力狀態(tài)的影響，就影響巷道圍巖穩(wěn)定性影響因素而言，主要有圍巖賦存環(huán)境、開挖擾動和開挖支護(hù)。本文綜合研究了厚煤層沿空掘巷圍巖穩(wěn)定控制的理論分析、控制機(jī)理、施工要求，最后做了總結(jié)，有較高的實用價值?！娟P(guān)鍵詞】深部巷道厚煤層沿空掘巷圍巖穩(wěn)定控制1厚煤層巷道圍巖穩(wěn)定理論分析未經(jīng)采動的巖體，在巷道開掘以前通常處于彈性變形狀態(tài)，巖體的原始鉛直應(yīng)力等于上部覆蓋巖層的重量。巷道開掘后原巖應(yīng)力重新分布，一般將巷道兩側(cè)改變后的切向應(yīng)力增高部分稱為支承壓力。隨著應(yīng)力重新分布，巷道圍巖內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力集中，通常巷道兩側(cè)的

2、應(yīng)力集中系數(shù)為2?3。此時巷道周邊圍巖將承受的鉛直壓應(yīng)力。由于處于周邊的巖塊側(cè)向應(yīng)力為零，為單向壓縮狀態(tài)。隨著遠(yuǎn)離巷道表面，巖塊逐漸變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)。巖體力學(xué)性質(zhì)對巷道圍巖穩(wěn)定性影響是均稱的，隨圍巖自身強(qiáng)度的增加，巷道周邊各處穩(wěn)定性越來越好；外界施加的圍巖壓力對巷道圍巖穩(wěn)定性影響也是均稱的，隨壓力的增加，巷道周邊各處穩(wěn)定性越來越差，解釋了隨開釆深度的增加，巷道維護(hù)越來越困難；構(gòu)造應(yīng)力對巷道圍巖穩(wěn)定性影響是非均稱的，水平應(yīng)力主要影響巷道頂?shù)装宸€(wěn)定性，垂直應(yīng)力主要影響巷道兩幫穩(wěn)定性。2圍巖穩(wěn)定控制機(jī)理圍巖內(nèi)存在各種節(jié)理、層理、裂隙等不連續(xù)面，這些結(jié)構(gòu)面的分布與強(qiáng)度對巖體的整體強(qiáng)度影響很大，巖體在外

3、力作用下破壞時，首先是結(jié)構(gòu)面的破壞，進(jìn)而造成整體強(qiáng)度的降低，但結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度一般較低，成為巖體中的薄弱環(huán)節(jié)，深部開采時，在高構(gòu)造應(yīng)力作用下，這一薄弱環(huán)節(jié)會被放大,極易發(fā)生剪切破壞。錨桿支護(hù)能有效地提高結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，具體作用示意圖如圖1所示。圍壓越大，巖石強(qiáng)度越高，在圍壓的增長對于巖石強(qiáng)度的增加并不明顯，但圍巖破壞后，巖石的殘余強(qiáng)度對圍壓比較敏感，較小圍壓的增長亦能有效地提高圍巖的殘余強(qiáng)度，改善被錨固巖體的力學(xué)性能，從而有利于保持巷道圍巖的穩(wěn)定。讓壓錨桿的作用主要有以下幾個方面:(1)使錨固巖體在恒阻條件下變形，以減少有害變形給支護(hù)帶來的附加壓力，釋放掉一部分巖石的破壞能量。(2)防止錨桿破斷

4、，保證錨桿支護(hù)系統(tǒng)在整個支護(hù)期間不失效。(3)能更好地控制圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而更有利于保持巷道的穩(wěn)定。3錨桿支護(hù)參數(shù)的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計采用動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計方法確定錨桿支護(hù)參數(shù)。動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計方法包括4個基本部分：(1)巷道圍巖狀況調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估。主要包括巷道用處和環(huán)境影響調(diào)查，巷道圍巖強(qiáng)度測試，地應(yīng)力測試，地質(zhì)構(gòu)造和圍巖結(jié)構(gòu)勘探，錨固體錨固性能測試等。(2)數(shù)值計算模型建立。以巷道圍巖狀況調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估為基礎(chǔ)，建立數(shù)值計算模型，模型兩側(cè)限定水平位移，下邊界限定垂直位移，上邊界施加應(yīng)力，以模型上覆巖層自重。(3)研究不同預(yù)緊力、錨桿直徑、錨桿長度、錨桿間排距下圍巖控制效果，確定最優(yōu)支護(hù)參

5、數(shù)。錨索支護(hù)參數(shù)采用理論分析方法確定。(4)形成初始設(shè)計，并用于指導(dǎo)工業(yè)試驗，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果修改、完善初始設(shè)計。4施工要求(1)巷道開挖后，先打頂板錨桿，后打幫錨桿，錨索支護(hù)滯后迎頭3?5m。(2)錨桿孔深少于錨桿長度50mm,S1202瓦排巷頂板和兩幫錨桿長度均為2400mm,錨桿孔深要嚴(yán)格控制在2350?2400mm之間。(1)嚴(yán)格執(zhí)行“三貼”原則，做到金屬網(wǎng)貼緊煤壁，鋼筋梯子梁貼緊金屬網(wǎng)，托盤貼緊鋼筋梯子梁。(2)施工中嚴(yán)格控制巷道高度，如果出現(xiàn)超高超寬300mm時，應(yīng)補(bǔ)打錨桿，超高嚴(yán)重時，以兩幫肩角錨桿距頂板200mm為準(zhǔn)，巷道底角加鋪金屬網(wǎng)，保證兩幫底角錨桿離底板控制在400mm范圍內(nèi)

6、。5結(jié)語本文采用理論分析、數(shù)值模擬的方法，對''兩進(jìn)兩回”通風(fēng)方式下沿空掘巷圍巖控制機(jī)理與技術(shù)進(jìn)行了深入研究，主要得出以下結(jié)論：(1)在分析了巷道圍巖結(jié)構(gòu)和動壓影響過程后認(rèn)為：巷道受動壓影響時，巷道圍巖產(chǎn)生了局部的應(yīng)力集中，導(dǎo)致了圍巖沿著弱結(jié)構(gòu)面破壞，產(chǎn)生較大的剪脹變形，圍巖破壞后增大了破碎區(qū)和塑性區(qū)的寬度，同時也產(chǎn)生了大量的再生裂隙，使巷道圍巖環(huán)境進(jìn)一步惡化。(2)研究了高強(qiáng)度錨桿支護(hù)的作用機(jī)理：錨桿提供的節(jié)理切向抗力與錨桿拉伸屈服力成正比，錨桿的破斷載荷越大，錨桿提供的節(jié)理切向抗力越大，高強(qiáng)度錨桿支護(hù)能有效的減小采動應(yīng)力作用下頂?shù)装鍑鷰r剪切破壞。(3)研究了高預(yù)應(yīng)力錨桿作用力學(xué)機(jī)制：錨桿預(yù)

7、緊力導(dǎo)致的巖體橫向擠壓作用力的存在，是巷道圍巖中錨固結(jié)構(gòu)形成的必要條件。并通過力學(xué)推導(dǎo)出單個、多個錨桿作用下,橫向擠壓力與錨桿水平距離的關(guān)系式。參考文獻(xiàn)：[1]張鐵崗?礦井瓦斯綜合治理技術(shù)[M].煤炭工業(yè)出版社，2007.[2]陸家梁.軟巖巷道支護(hù)技術(shù)[M].長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1992.[3]程遠(yuǎn)平，李增華?消防工程學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2012.[4]李唐山?混合氣體爆炸性