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木孔煤矿软弱围岩巷道支护技术研究

【摘要】:本文以贵州木孔煤矿软岩巷道支护为工程背景,对+700运输顺槽的原支护方式失效的原因进行理论分析从而提出了以桁架锚索为核心的联合支护技术。木孔煤矿巷道顶板稳定性差,强度低,易风化和崩解,巷道采用锚杆锚索+钢带支护,由于参数设计不合理,支护强度不够,施工质量较差等造成顶板锚杆和托盘支护严重失效,钢带出现折断、扭曲等破坏现象。因为巷道开挖以前,地下岩体处于三轴应力平衡状态,巷道开挖后原有的平衡系统会被破坏,巷道围岩应力就会从新分布调整,变成二维应力状态,围岩强度变低。对于+700运输顺槽,由于巷道围岩强度低,同时受回采动压影响,巷道围岩产生变形破坏;另外由于巷道掘进后,不及时对支护施加预紧力或预紧力强度不够,巷道顶板只是自然的叠合梁,不能发挥组合梁的作用。尤其是在软岩巷道中,若不及时对锚杆、锚索施加一定量的预紧力,不能发挥其主动支护的作用,只有当顶板岩层变形到一定量时,才具有承载能力,此时巷道顶板已经离层和破坏,围岩自身承载能力大幅度降低。通过复变函数和弹性力学研究了矩形巷道围岩应力,以+700运输顺槽的工程地质资料为基础,建立FLAC数值模型,分析不同高宽比和侧压力系数下矩形巷道的变形情况,根据实际情况合理确定巷道尺寸。普通锚索相比于预应力桁架锚索,其影响的半径范围和轴线方向的深度较小,对围岩的应力状态改变较弱,因此提出桁架锚索支护技术。预应力桁架锚索由桁架连接器、高强度钢绞线、锚具、反扣装置等组成。可以有效的使中性轴趋近于巷道顶板上表面,减少巷道顶板岩梁拉应力区域,增大压应力区域,有效的改善围岩的应力状态,减少了锚固区岩梁因受拉应力作用而产生失稳、垮塌事故,提高了巷道顶板围岩整体的承载能力。预应力桁架锚索是将锚固点作用在巷道两肩窝深部围岩内形成类似倒楔体,通过张拉钢绞线将预应力传递到巷道顶板围岩中。当巷道围岩受到动压荷载影响时,倒“梯形体”卡在巷道顶板围岩两角处,上方压力越大,倒“梯形体”卡住越紧,在巷道顶板上方形成基点在两角处的承载拱区。预应力桁架锚索能够在水平和垂直方向同时对巷道顶板围岩提供压应力,使锚固区内的围岩处于双向应力状态。预应力桁架锚索产生的主动支护力能有效控制巷道顶板沿垂直方向向下移动,防止顶板离层。通过FLAC数值模拟的方法,研究+700运输顺槽预应力桁架锚索支护方案中不同桁架锚索长度、锚索直径、锚索和垂直方向的夹角、孔口和巷帮的距离、锚索的预应力以及顶板锚杆密度然后通过SPSS差分析正交试验,设计出+700运输顺槽预应力桁架锚索支护方案;最后通过对运输顺槽表面位移监测表明+700运输顺槽在预应力桁架锚索支护控制下,巷道围岩变形稳定,达到了预期效果。

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