大傾角薄層頂板巷道圍巖失穩(wěn)力學(xué)分析及支護(hù)技術(shù).pdf

1、新疆鐵喇礦區(qū)昊源煤礦主采B9煤層,為典型近距離煤層群,傾角較大,局部范圍達(dá)40o以上,平均傾角28o,B9、B10煤層間距0.11~29.11m,平均6m,巷道頂板呈現(xiàn)板結(jié)構(gòu),頂板垮冒、高煤幫片幫破壞嚴(yán)重,對礦井的安全生產(chǎn)造成極大影響。
　　本文以上述地質(zhì)條件為工程背景,基于彈性理論建立了大傾角薄層頂板力學(xué)模型,分析了頂板極限跨距、下沉量。指出幫部煤體裂隙在壓縮荷載作用下一般為翼裂紋擴(kuò)展,形成層裂板結(jié)構(gòu),構(gòu)建壓桿側(cè)向屈曲模型,得出

2、了煤幫的壓剪失穩(wěn)特征。采用FLAC3D模擬了大傾角薄層頂板巷道圍巖體變形破壞規(guī)律,基于錨桿協(xié)同強(qiáng)化控制原則,形成了高性能預(yù)拉力錨桿索支護(hù)技術(shù)體系。并應(yīng)用到工程實(shí)踐中,取得了良好的試驗(yàn)效果,主要成果如下:
　　(1)建立層狀頂板兩端固支的“巖梁”模型,將頂板中部錨桿錨固段進(jìn)入拉破壞作為頂板失穩(wěn)的界定依據(jù),利用彈性理論求解出巷道破壞極限寬度a,得出了頂板失穩(wěn)的臨界應(yīng)力σcr,指出頂板臨界應(yīng)力與其幾何尺寸及力學(xué)參數(shù)的關(guān)系,臨界應(yīng)力σcr

3、與巖層跨厚比二次方成反比,是影響頂板穩(wěn)定性的敏感因素。
　　(2)基于損傷理論,分析了張開型、滑移型、撕裂型三種模型的裂紋尖端應(yīng)力場的強(qiáng)度因子K。幫部煤體在壓縮荷載作用下,裂紋一般為翼裂紋擴(kuò)展成劈裂結(jié)構(gòu)(滑移面),幫部圍巖的損傷就由連續(xù)損傷轉(zhuǎn)為局部損傷,形成層裂板結(jié)構(gòu)。建立壓桿側(cè)向屈曲模型,研究了層裂板結(jié)構(gòu)側(cè)向壓彎屈曲失穩(wěn)規(guī)律。
　　(3)根據(jù)整體、協(xié)同支護(hù)原則,形成了大傾角層狀頂板巷道高性能預(yù)拉力錨桿索整體協(xié)同支護(hù)技術(shù)體系

4、,主要關(guān)鍵技術(shù)是頂板高性能預(yù)應(yīng)力錨桿索、高幫部錨桿桁架、幫頂基角斜拉錨索梁,高低幫錨桿索非對稱支護(hù),形成了高性能預(yù)拉力錨桿索整體協(xié)同控制技術(shù)體系。
　　(4)采用FLAC3D模擬了試驗(yàn)巷道圍巖變形破壞特征,具有明顯的非對稱性,高幫側(cè)所受的側(cè)壓遠(yuǎn)大于低幫。無支護(hù)圍巖移近量分別為頂板93.2mm、低幫側(cè)為41mm,高幫側(cè)為90mm,底板145mm;錨桿索支護(hù)后,圍巖移近量分別為頂板68.9mm、低幫側(cè)35.7mm,高幫側(cè)57mm,底板