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1、能源技術(shù)與管理2015年第4O卷第1期4EnergyTechnologyandManagementVoI．40No．1doi：10．3969／j．issn．1672-9943．2015．01．002沿空巷道圍巖控制技術(shù)相似模擬研究郭保華，王辰霖，王龍，席可峰，馬擎，陳巖(河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南焦作454010)[摘要]為研究沿空巷道錨桿(索)聯(lián)合支護(hù)效果，結(jié)合紅嶺煤礦15141工作面上巷的現(xiàn)場實(shí)際情況，對(duì)該巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行了相似模擬試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，沿空巷道的煤層底板豎向應(yīng)力呈現(xiàn)非對(duì)稱雙峰分布，其中煤柱區(qū)域集中應(yīng)力較大；采空區(qū)及巷道頂?shù)?/p>
2、板豎向應(yīng)力較低、頂板下沉量和底板鼓起量較大；錨桿索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)可起到錨固圍巖的作用，巷道總體變形量小，且可承載超前支承壓力作用。研究結(jié)論對(duì)沿空煤層巷道支護(hù)實(shí)踐有指導(dǎo)意義。[關(guān)鍵詞]沿空巷道；圍巖應(yīng)力變化；錨桿(索)支護(hù)；相似模擬[中圖分類號(hào)]TD355~．4[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1672_9943(2015)01-00044)3原理與量綱分析，其他常數(shù)確定為：容重相似常0引言數(shù)：1．7，應(yīng)力相似常數(shù)ao=34，時(shí)間相似常數(shù)=相似模擬以相似模擬理論為基礎(chǔ)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)、／20。由此可以確定模型的力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而確定室模擬試驗(yàn)手段，利用事物或現(xiàn)象間存在的相似
3、相似材料的配比。特征，研究自然規(guī)律，是一種與理論研究結(jié)果進(jìn)行1．3模型的實(shí)驗(yàn)過程對(duì)比分析的有效技術(shù)手段。該方法適用于難以用模型的原始參數(shù)取自紅嶺煤礦15141工作面理論分析法獲取結(jié)果的研究對(duì)象_l_2]。為研究紅嶺上巷綜合柱狀圖及實(shí)驗(yàn)區(qū)域的地質(zhì)資料。實(shí)驗(yàn)區(qū)煤礦沿空巷道圍巖變形及應(yīng)力分布演化規(guī)律和錨域煤巖力學(xué)參數(shù)如表1所示。實(shí)驗(yàn)過程中首先依桿(索)支護(hù)效果，擬采用相似模擬實(shí)驗(yàn)方法研究據(jù)模型規(guī)格計(jì)算出各分層材料使用量，然后依據(jù)采空區(qū)形成、巷道開挖、超前支承壓力對(duì)沿空錨桿模型尺寸附上模板，將調(diào)配好的材料倒人模型架(索)支護(hù)巷道穩(wěn)定性的影響。擋板之間，進(jìn)行搗同，
4、至所設(shè)計(jì)的高度。各層之間使用云母粉間隔，待干燥5d后將兩側(cè)模板拆掉，1模擬實(shí)驗(yàn)方案持續(xù)干燥數(shù)天后進(jìn)行模擬開挖并進(jìn)行觀測和記1．1實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)錄。模型相似材料配比如表1所示。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎瞄L、寬、高分別為2500mm、表1實(shí)驗(yàn)區(qū)域煤巖力學(xué)參數(shù)及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嗨撇牧吓浔?00mm、1500mnl的鋼模型架。該模型的正面和背面都用鋼板固定，模型頂部安裝液壓缸，通過油泵加壓來模擬不同的煤層埋深。細(xì)粒砂巖8．7OlO6．61．2相似條件的確定砂質(zhì)泥巖63863．10根據(jù)相似定律，對(duì)于兩個(gè)相似的力學(xué)系統(tǒng)，二，煤6．0516．0O在任何力學(xué)過程中，其相對(duì)應(yīng)物理量滿足相似條泥
5、巖2．1O55．80件。幾何相似常數(shù)按下式計(jì)算：砂質(zhì)泥巖O．8663．1Oa~=lJl粉砂巖2．O3ll1．1式中：為原型與模型長度比，一般泥巖6．4055．80at=20～1O0；f為原型長度參量，m；f為模型長度參細(xì)粒砂巖lO．50lO6．6量，em。加載模型頂部的目的是模擬上覆巖層白重，確定模型的幾何相似常數(shù)即at=20。根據(jù)相似采用液壓進(jìn)行加載，加載介質(zhì)由l4塊矩形鋼板組基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(51109076)；河南理工大學(xué)成，加載板與模型材料之間設(shè)置8mm厚鋼板。超創(chuàng)新型科研團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃(T2013—1)前支承壓力在煤層開采后形成，雖然該
6、值隨著離2015年2月Feb．，2015郭保華，等沿空巷道圍巖控制技術(shù)相似模擬研究5煤層的距離增加而趨于緩和，但模擬煤層深度較底板應(yīng)力演化過程如圖2所示。采空區(qū)距巷道底小時(shí)，上部邊界載荷呈不均勻分布，且易受到巖性板中點(diǎn)20m，采空區(qū)開挖前，各測點(diǎn)原巖應(yīng)力為影響。為了盡可能減小巖性的影響，需在模型及加理論值。載重物間安設(shè)適當(dāng)剛性的介質(zhì)層，使介質(zhì)層與下覆35遍n30開挖后測點(diǎn)力巖層相互作用以產(chǎn)生符合實(shí)際情況的分布?jí)毫Α?5區(qū)開挖后測點(diǎn)力在模型頂?shù)装骞膊贾?條觀測線，頂板3條，支承壓力測點(diǎn)力2O底板2條，各測線問隔5cm，布置順序從上至下，l510觀測點(diǎn)成均勻
7、布置；模型充分干燥后，對(duì)制作的模5型預(yù)加載，達(dá)到上覆巖層相似比例的壓力；開挖模一20—100102030距巷道底板中點(diǎn)距離(負(fù)值發(fā)永在中點(diǎn)左側(cè))／nt型右側(cè)的煤層，形成采空區(qū)；當(dāng)采空區(qū)頂板垮落(a)測點(diǎn)應(yīng)力值穩(wěn)定后，開挖巷道；在巷道內(nèi)布置錨桿(索)聯(lián)合支護(hù)，如圖1所示。其中錨桿參數(shù)為：直徑20mm、標(biāo)準(zhǔn)值開挖后系數(shù)預(yù)緊力50kN，長度2200mm，頂板錨桿間排距區(qū)開挖后系數(shù)700mmX700mm，兩幫錨桿間排距800mmX支承』力系數(shù)R800mm。將錨索布置在巷道頂板中線兩側(cè)取代原有錨桿，間距為2100mln。模型中的錨桿、錨索用-20一l001021)
8、30直徑約為3mm的鐵絲代替。距巷道底板rfJ點(diǎn)距離(負(fù)值表示在l}1點(diǎn)左fjJ
