煤巷圍巖變形控制及支護(hù)研究

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1、煤巷圍巖變形控制及支護(hù)研究摘要：根據(jù)對礦壓觀測及軟弱巖體的力學(xué)行為特征，分析了煤巷兩幫的主要破壞失穩(wěn)形式，并探討了煤巷片幫類型錨網(wǎng)錨固機(jī)理，以及錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)機(jī)理分析，提出了形成厚、寬比大于薄板的錨固墻（或錨固塊）的錨桿支護(hù)觀點(diǎn)，并據(jù)此給出了錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)方案及支護(hù)參數(shù),數(shù)值模擬計算了U鋼支護(hù)的位移和塑性區(qū)量變程度，對比分析提出了煤巷提高支護(hù)強(qiáng)度的合理化建議。關(guān)鍵詞：錨桿錨網(wǎng)支護(hù)數(shù)值模擬0引言由于焦煤集團(tuán)方莊一礦四級軌道前期受采動影響，礦壓顯現(xiàn)突出，造成巷道支架部分柱腿扭曲損壞，頂梁折損，上拱，巷寬收縮，水溝、臺階被擠毀，不同程度地出現(xiàn)了位移、變形、開裂、片幫、底臓等破壞現(xiàn)象，

2、嚴(yán)重影響行人通車，危及安全和施工進(jìn)度，雖經(jīng)多次返修維護(hù)，但仍然難以保持穩(wěn)定。為了尋求合理的支護(hù)方式，通過礦壓觀測分析，對巷道圍巖卸壓控制及數(shù)值模擬計算対比，并結(jié)合現(xiàn)場試驗，對該巷道提出合理化支護(hù)建議，以冇效控制巷道斷面變形和支架穩(wěn)建。1巷道兩幫的破壞形式及錨桿錨索支護(hù)1.1巷道兩幫破壞形式由于四級軌道為煤巷，兩幫側(cè)壓較大，巷寬收縮變形嚴(yán)重，在礦山壓力作用下尚未徹底破壞，且與層理垂直的裂隙又較發(fā)育的煤體，被揭露后將失去橫向約束，其應(yīng)力狀態(tài)也將處于雙向應(yīng)力狀態(tài)。此時，煤壁受支承壓力的影響會發(fā)生壓裂式破壞，產(chǎn)生劈裂式片幫。支承壓力和裂隙的分布、煤體強(qiáng)度等都可能影響片幫深度。1.2破碎兩幫

3、錨固結(jié)構(gòu)支護(hù)原理根據(jù)裂隙體及破碎體的巖性特征，破碎兩幫錨桿支護(hù)宜釆用擠壓加固和整體錨固相結(jié)合的方式。即通過錨、網(wǎng)作用使兩幫中形成具有一定承載能力的擠壓加固墻。若將兩幫頂、底角的錨桿傾斜布置，使頂、幫錨固體及底板形成整體承載結(jié)構(gòu)，還可減小兩幫位移，增強(qiáng)錨固體對深部巖體的約束作用。1.3錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)機(jī)理分析在深部大變形巷道中，巷道圍巖的變形破壞過程對錨桿的工作性能產(chǎn)生的影響最大。錨桿（索）提供的錨固力通過黏結(jié)劑作用在I韋I巖上，從而限制圍巖的移動變形。錨固方式的不同必然會影響荷載在錨桿屮的傳遞機(jī)理，所以既不能離開圍巖和圍巖變形去分析研究錨固力和錨桿支護(hù)問題，也不能離開錨固力去分析研

4、究圍巖變形問題。因此，對錨桿與圍巖相互作用關(guān)系進(jìn)行深入研究，必須符合這一規(guī)律。1.4錨桿錨索支護(hù)方案的確定巷道頂、幫的控制應(yīng)遵循不同的支護(hù)原則：頂板控制應(yīng)遵循使圍巖處于彈塑性穩(wěn)定狀態(tài)的支護(hù)原則,兩幫控制應(yīng)遵循使圍巖處于松動性穩(wěn)定狀態(tài)的支護(hù)原則。巷道頂、幫的錨桿支護(hù)應(yīng)依據(jù)不同錨桿的支護(hù)原理：頂板錨桿支護(hù)應(yīng)依據(jù)組合梁理論和懸吊理論進(jìn)行；兩幫錨桿支護(hù)宜采用擠壓加固和整體錨固以及噴射混凝土相結(jié)合的方式進(jìn)行。從現(xiàn)場觀測到巷道頂板和兩幫煤體的淺部出現(xiàn)了拉應(yīng)力，根據(jù)無拉應(yīng)力準(zhǔn)則判定，該區(qū)域最有可能的破壞方式是彎曲拉伸破壞。巷道角部的剪應(yīng)力比較大，巷道角部I韋I巖最冇可能的破壞方式是剪切破壞，可能

5、會導(dǎo)致頂板剪切冒落。因此，頂角部錨桿宜采用傾斜布置。支護(hù)方案為：錨桿、金屬網(wǎng)、鋼筋梁與錨索補(bǔ)強(qiáng)聯(lián)合支護(hù)。2U鋼棚支護(hù)效果數(shù)值模擬2.1模擬的目的依據(jù)焦作集團(tuán)方莊一礦煤巷地質(zhì)條件，模擬在不同的形式下巷道圍巖的位移、應(yīng)力分布及偉I巖塑性區(qū)大小等情況，最終選擇出最佳的支護(hù)方式及其合理的支護(hù)參數(shù)。2.2模型構(gòu)建模擬的對象是在相同的地質(zhì)條件下不同支護(hù)形式支護(hù)的巷道。巷道位于煤層屮，用泥巖、砂質(zhì)泥巖、屮砂巖做頂板，砂質(zhì)泥巖、屮砂巖、粉砂巖和硅質(zhì)泥巖等做底板。另外，為便于計算，數(shù)值模擬中的模擬對象宜選用最厚的巖層，同時把厚度較小但巖性相近的巖層劃為同一層。每種支護(hù)形式按煤層中間進(jìn)行布置計算。2.

6、3數(shù)值模擬結(jié)果及計算分析從圖1可以看到，煤層屮間布置時，最大底臓量250mm,頂板下沉量最大值178mmo這是因為煤層強(qiáng)度小于頂?shù)装鍘r石的強(qiáng)度，布置在煤層中的巷道，頂?shù)装逍再|(zhì)均勻，位移量相差最小，山于強(qiáng)度較低，位移均達(dá)到T160mm以上，說明在此地質(zhì)條件下，巷道位置對圍巖變形量影響較大，I韋I巖變形量最小；巷道圍巖位移大于50mm的范

7、韋I在頂板上方隨巷道的不同而發(fā)生明顯的變化，巷道在煤層中布置時50mm等值線距巷道頂板為7m,距巷幫的距離為10m左右，距巷道底板為3.2m,說明巷道頂板越堅硬，頂板上方深部圍巖出現(xiàn)大形的范圍的越小，而對巷幫和底板深部圍巖的位移影響不人，主耍是因為巷

8、道堅碩頂板的殘余強(qiáng)度較人，巖體雖然破碎，但是口承能力較強(qiáng)，因此頂板深部圍巖變形量較小從圖2看出，在外扎腿U型棚支護(hù)后，有效控制了巷道附近及深部圍巖的位移量，表面最大位移在底板控制在90mm,頂板50mm左右，距底板以下超過6m的圍巖整體下移，位移量小于15mm,頂板深部圍巖上方高10m、寬7m的范

9、韋

10、內(nèi)位移量約為50mm~70mm,超過此范

11、韋I位移量小于15mm,表明巷道圍巖的受力狀態(tài)因支護(hù)結(jié)構(gòu)而發(fā)生改變，圍巖強(qiáng)度大大提高。巷道圍巖塑性區(qū)大小是影響其穩(wěn)定性的重要因