深部高應(yīng)力巷道錨桿支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著淺部煤炭資源的逐漸枯竭，一大部分礦井都將轉(zhuǎn)入或即將轉(zhuǎn)入深部開(kāi)采，開(kāi)采向深部發(fā)展成為煤炭開(kāi)采的必然趨勢(shì)。煤礦進(jìn)入深部開(kāi)采階段，受到深部特殊地質(zhì)力學(xué)環(huán)境的影響，圍巖的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了很大變化，表現(xiàn)為特有的不利于巷道穩(wěn)定的力學(xué)特征，給巷道圍巖控制帶來(lái)很大的困難。目前，在深部高應(yīng)力巷道錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)方面還缺乏足夠的科學(xué)依據(jù)，存在一定的盲目性，造成支護(hù)強(qiáng)度和成本的不合理，因而還應(yīng)開(kāi)展大量的工程實(shí)驗(yàn)及理論研究工作。
　　本論文以國(guó)家自然科

2、學(xué)基金項(xiàng)目“深井巷道圍巖弱化規(guī)律及高強(qiáng)錨固群圍巖控制機(jī)理研究”為依托，并緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際，對(duì)深部高應(yīng)力巷道圍巖大變形破壞特征進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，認(rèn)為該類(lèi)巷道主要表現(xiàn)為圍巖變形量大，變形速度快，變形具有顯著的塑性，變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，兩幫內(nèi)擠嚴(yán)重，出現(xiàn)支護(hù)體部分或完全失效而破壞，并產(chǎn)生較大的底鼓變形和破壞。采用彈塑性力學(xué)、工程力學(xué)、巖石力學(xué)等理論對(duì)巷道開(kāi)挖后的圍巖穩(wěn)定性力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行了分析，建立了力學(xué)計(jì)算模型，推導(dǎo)出了深部巷道圍巖塑性

3、區(qū)半徑的計(jì)算公式，對(duì)錨桿長(zhǎng)度的選擇提供了依據(jù)。
　　運(yùn)用數(shù)值分析方法，并基于正交試驗(yàn)方法，結(jié)合平煤十礦戊9、10-20160工作面風(fēng)巷實(shí)際情況進(jìn)行了錨固支護(hù)參數(shù)的正交數(shù)值試驗(yàn)，確定了13因素3水平共27種不同的計(jì)算模型，分別進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了多指標(biāo)的極差分析，得到了巷道的最優(yōu)支護(hù)方案為：①頂板支護(hù)參數(shù)：錨桿長(zhǎng)度2.6m，錨桿直徑22mm，錨桿間排距0.75m×0.8m，錨桿預(yù)緊力60KN，錨索長(zhǎng)度7.3m，錨索直徑1

4、7.8mm，錨索間排距2×3m，錨索預(yù)緊力150KN；②兩幫錨桿支護(hù)參數(shù)：錨桿長(zhǎng)度2.4m，錨桿直徑22mm，錨桿間排距0.8m×0.8m，頂角錨桿與頂板夾角25°，幫角錨桿與底板夾角25°。運(yùn)用MATLAB軟件分別進(jìn)行各矩陣的計(jì)算得到兩幫移近量、頂板下沉量、頂?shù)装逡平康幕貧w方程式及對(duì)應(yīng)的回歸系數(shù)，通過(guò)回歸方程式對(duì)巷道兩幫移近量、頂板下沉量以及頂?shù)装逡平窟M(jìn)行近似的定量預(yù)測(cè)。運(yùn)用數(shù)值模擬方法對(duì)讓壓管不同的讓壓點(diǎn)進(jìn)行模擬分析，得到高強(qiáng)預(yù)

5、應(yīng)力讓壓錨桿最佳讓壓點(diǎn)為150 KN。
　　運(yùn)用數(shù)值模擬分析深部高應(yīng)力巷道采用最優(yōu)支護(hù)方案后，圍巖變形破壞特征、應(yīng)力分布規(guī)律、位移分布規(guī)律等，在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，圍巖垂直應(yīng)力峰值變化不明顯，大致在28MPa上下波動(dòng)。在掘進(jìn)面前方產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力峰值約為28.7 MPa。開(kāi)挖期間圍巖垂直位移變化明顯，隨著開(kāi)挖的進(jìn)行，頂?shù)装逦灰屏恐饾u增大，在25m處頂?shù)装逦灰屏拷咏?28mm，圍巖頂?shù)装逦灰屏吭黾蛹s80mm。
　　將經(jīng)過(guò)分析得到

6、的最優(yōu)支護(hù)方案應(yīng)用到平煤十礦戊9、10-20160工作面風(fēng)巷，對(duì)巷道掘進(jìn)期間的表面位移和錨桿受力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，得到圍巖的頂板下沉量、頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平吭谇捌谧兓潭葎×?，然后逐漸趨于穩(wěn)定，最終值都在允許的變化范圍內(nèi)，頂板錨桿、上幫錨桿、下幫錨桿受力都是呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，最后分別趨于穩(wěn)定值，通過(guò)頂板和兩幫錨桿受力監(jiān)測(cè)圖可以看出，頂板錨桿受力超過(guò)讓壓管的讓壓起始載荷，讓壓管開(kāi)始屈服讓壓，錨桿桿體仍處于彈性變形階段，有效的阻止了錨桿的拉