高应力大断面破碎煤巷新型支护形式探究应用

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1、高应力大断面破碎煤巷新型支护形式探究应用【摘要】针对巨野煤田龙固矿区巷道实际围岩揭露情况，从松动圈支护理论、锚喷支护理论、注浆加固理论三种支护理论研究出发，通过分析，确定合理的支护参数,取得显著效果。【关键词】支护机理研究松动圈理论锚喷支护理论注浆加固理论1高应力大断面破碎煤巷支护现状及问题的提出龙固煤矿北区胶带运输大巷沿3煤顶板掘进。顶板为粉砂岩强度较高，但存在层理，煤层破碎。从巷道的变形和破坏特点可以看出，传统的支护结构与参数不能满足高构造应力和高地应力下巷道的支护要求。研究认为，北区胶带运输大巷发生严重变形和破坏的主要原因包括以下

2、几点：（1）高构造应力和地应力是造成巷道发生严重变形破坏的最主要的原因。（2）顶板岩层的变形加剧了巷道的变形和破坏。（3）两帮围岩的破坏和支护结构与参数的不合理不能有效限制两帮围岩变形。因此在考虑支护和加固方案时，必须解决以下几个问题：（1）解决高应力的释放问题，即卸压问题。（2）解决或减轻顶板岩离层和变形所产生的集中应力问题，即控顶问题。（3）解决两帮围岩支护力不足和内挤问题。（4）解决破碎岩体中巷道支护与加固技术问题。2高应力大断面破碎煤层巷道支护机理研究2.1破碎软弱巷道围岩“松动圈”支护原理'‘巷道围岩松动圈”是由中国矿业大学董

3、方庭教授，首先在我国提出的。这一理论，几乎不作任何假说，运用现场实测和模拟实验手段，直感性强，易于掌握。2.1.1巷道围岩松动圈的概念巷道开挖后，破坏了围岩原有的三向应力平衡状态，使应力重新分布，此时围岩中出现一个破裂带，这个破裂带称为围岩松动圈，其力特性表现为应力降低。2.1.2巷道岩松动圈的分类经过大量的现场松动圈测试及其与巷道支护难易程度相关的调查之后，结合锚喷支护机理，依松动圈的大小将围岩分为小松动圈（0〜0.4m）、中松动圈（0.4〜1.5m）和大松动圈（＞1.5m）三大类六个小类。2.2破碎软弱巷道围岩锚喷支护原理2.2.1

4、单体锚杆的支护机理一般认为普通锚杆没有预应力，实测表明，由于爆破震动和锚杆杆体的变形等原因，锚杆的安装初张力在1〜2d内会明显降低，直至下降为0o普通锚杆只有在围岩变形后才能产生支护力，因此，普通锚杆也属于被动支护。2.2.2锚杆的组合拱支护原理(1)锚固层与组合拱。松动岩体中，单根锚杆约束可以形成一锥型压密区，锚杆群在围岩中形成双锥体压缩区相互交叉重迭，形成一连续的层状锚固体，即“锚固层”。锚固层厚度与锚杆长度和间排距有关，即(2.1)式中，b为锚固层厚度，cm；L为锚杆的有效长度，cm；a为锚杆的间排距，cm；为锚杆对破裂岩体的控制

5、角，一般取。代入上式得b=L-a(2.2)(2)组合拱结构承载能力估算。在软岩巷道中，基于对锚固体力学性能的认识，在大松动圈内可以用小于松动圈厚度的锚杆，将破裂围岩锚固起来，提高其残余强度，形成具有一定承载能力和可塑性的组合拱结构体，用来承受地压、维护围岩。圆形巷道组合拱支护能力，可以用拉麦公式近似计算：(2.3)式中，p为组合拱径向堆载能力；为破碎岩体锚固体强度。一般取原岩强度70〜80%；为原岩单轴抗压强度；b为组合拱厚度；Rb为组合拱内半径，即(2.4)其中，a为锚杆间排距；R0为巷道净半径。(1)锚杆支护结构可缩性分析。锚杆支护

6、结构的可缩性表现在三个方面：实测证实，普通树脂锚杆，在岩性较弱的条件下，不仅锚杆尾端随巷道表面围岩位移而位移，且其锚固端也随着深部岩体的位移而位移；破碎岩石锚固体本身具有一定的可缩性；使用高延伸率的可缩性锚杆或者是结构可拉伸的可缩性锚杆。2.3破碎煤层巷道锚注加固机理2.3.1裂隙充填与压密作用断裂力学认为，介质产生破坏就是在一定的应力条件下裂隙出现失稳扩展的结果。注浆时浆液在泵压的作用下改变原来的裂隙扩展破坏机制，还可将一些充填不到的封闭裂隙和小裂隙压缩，甚至使其闭合，提高围岩的弹性模量和强度。2.3.2网格骨架作用浆液经挤压或渗透到

7、围岩纵横交错的裂隙中固结，会形成网格骨架结构，固结体承受外载时表现出更好的塑性，可以承受较大的变形而不破坏。3理论支护参数的现场应用：采用"锚网索注带”联合支护。顶部支护采用锚网索配合规格为4500X137X4mm的GRT-137-4.0型钢带，锚杆采用①22X2500mni左旋髙强让压树脂锚杆。金属网为①6圆钢焊制，规格1000X2000mmo锚索采用左旋钢绞线高强预应力锚索，规格①17・8X6300nun,以“二一二”形式成五花布置。内注浆锚杆规格为①22nrnX2000nini,锚杆孔孔径为中①2mm。锚杆采用①22mni无缝钢管

8、滚丝制作，杆尾制作成麻花状。内注浆锚杆沿巷道径向全断面布置，与初次支护螺纹钢锚杆呈梅花形分布形式。锚杆的最终锚固力不低于60kN,预紧力不低于lOkNo注浆浆液为单液水泥-水玻璃浆液，水灰比控制在0.8-1