大跨度动压巷道围岩变形机理及控制技术

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1、..大跨度动压巷道围岩变形机理及控制技术1大跨度动压巷道围岩变形机理大跨度动压巷道围岩变形过程如下图所示。从图中可以看出，该类巷道围岩变形可分为以下几个阶段：①顶板岩层受到垂直载荷作用。由于工作面采动的超前影响及侧向支承压力影响，工作面顺槽的顶板岩层都将受到较大的垂直应力作用。②顶板两侧承受到较大的水平应力作用，促使巷道顶板产生挠曲、离层，在水平应力和顶板自重作用下，巷道顶板产生下沉，支护不合理的情况下，极有可能发生冒顶事故。①②③③④④图1大跨度动压巷道围岩变形机理示意图③较大的垂直应力和水平应力作用下，巷道肩角承受的剪应力作用，造成岩体剪胀扩容，促使顶

2、板下沉。对于工作面顺槽，必将经历工作面的超前影响，如图2所示，一定存在上述的围岩变形过程。....AB(a)AB(b)AB(c)AB(d)图2工作面顺槽侧向支承压力演化过程基于上述分析认为，控制工作面顺槽围岩变形的有效途径是加强巷道顶板控制。2914工作面顺槽围岩控制技术围绕降低围岩应力，增加围岩强度，改善围岩受力条件和赋存环境，有效地控制围岩变形、破坏。2.1控制机理及途径914工作面顺槽的变形主要集中在两帮和顶板。....顺槽顶板是控制的重点。由于顺槽埋深浅、煤体硬，采用当前相对成熟锚杆-锚索支护技术完全能够有效的控制巷道顶板，节约成本是顺槽支护设计的

3、关键。可见，对于顺槽围岩控制，关键在于确定锚杆、锚索加固参数，如长度、间排距等。锚索形成的“外拱”锚杆形成的“内拱”图3锚杆、锚索加固机理示意图2.2控制方案(1)巷道围岩破坏深度计算ccb2ah图4煤层巷道围岩破坏范围计算图....巷道成形后，两帮及顶板将产生一定破坏范围，如图4所示。其中两帮破坏深度c由下式确定：（1）式中：KCX—巷道周边挤压应力集中系数，按巷道断面形状与宽高比确定；γ—巷道上方岩层平均重力密度；H—巷道埋深；B—表示采动影响系数；σc—煤层硬度系数；h—煤层厚度(巷道高度)；φ—煤的内摩擦角。顶板破坏深度b，可按下式确定：（2）式中

4、：a—巷道半跨距；f—煤帮普氏系数；根据914工作面顺槽埋深及断面尺寸，取KCX=3，γ=25kN/m3，H=300m，σc=25MPa，B=2，f=2.5，h=3.5m，φ=35°，a=2.75m。则巷道两帮破坏深度为1.45m，顶板破坏深度为1.68m。(2)锚杆加固参数帮锚杆长度：对于两帮的加固，可以取在破坏范围的2/3处（即合力作用点所处位置，如图5）作为两帮支护长度的下限，而全部破坏范围作为支护的上限。因此两帮锚杆的有效长度为l帮=1.45×2/3～1.45m=1～1.45m。考虑到锚杆外漏长度0.2m，锚固长度不小于0.5m，则实际帮锚杆长度可

5、取2m。....cc2a2c/3图7.5合力作用点位置示意图顶锚杆长度：同样，沿着支护合力作用点为端点形成的拱高作为顶板锚杆支护的下限，全部破坏范围作为上限，故顶板锚杆有效长度l顶=(2.75+1.45×2/3)/2.5～1.68m=1.5～1.68m。考虑到锚杆外漏长度0.2m，锚固长度不小于0.5m，则实际顶板锚杆长度可取2.4m。顶板锚杆间排距：顶板锚杆间排距应满足两个条件：能有效承受拱内岩重；杆体抗剪强度能够满足要求。根据平衡拱内岩重计算锚杆间距d1：（3）式中：R为锚杆的实际锚固力；k为安全系数；γm为煤体容重。根据当前锚杆施工要求，施加的预紧力

6、一般不小于64kN；煤体容重为14kN/m3；取安全系数为3，则锚杆间距d1为：=1.0m（4）根据锚杆抗剪强度计算锚杆间距d2为：（5）式中：d为锚杆直径；τ为锚杆抗剪强度；f为分层间摩擦因数；其它符号同....根据实际情况，取锚杆直径为20mm；一般取锚杆抗剪强度为抗拉强度的0.6～0.8倍，本次取400MPa；取安全系数为5；取摩擦因数为0.3，巷道宽度2a为5.5m，则锚杆间距d2为：=1.58m（6）取d1、d2中的最小值作为顶板锚杆支护间距，即取顶板锚杆间距为1.0m。考虑到实际施工情况，实际可取顶板锚杆间排距为1m。帮锚杆间距：一般情况下，取

7、帮锚杆排距与顶板锚杆排距相同。因此，这里取帮锚杆排距为1m。帮锚杆的作用是抑制因剪切破坏而造成巷道两帮煤体松动与挤出。因此帮锚杆的抗剪力之和应大于帮部破坏范围内煤体的重量，即：（7）式中：n为帮锚杆个数；Q为单根锚杆的抗剪力强度；k1为安全系数。这里取安全系数k1为2，则可得：kN（8）根据目前现场使用情况，一般玻璃钢锚杆的抗剪力不超过40kN，金属锚杆的抗剪力不小于100kN，因此，帮部可选用2根玻璃钢锚杆或1根金属锚杆。若选用玻璃钢锚杆，可将两根锚杆分散布置，根据巷道高度，取间距1.5m为宜；若选用金属锚杆，可将锚杆布置帮部的中上部，一方面可防止破坏范

8、围内的煤体滑落，另一方面可发挥锚杆的轴向约束力，阻止煤体松动。锚索