基于围岩自然承压环加固原理的巷道参数优化-论文.pdf

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1、煤炭科技2015年第2期COALSCIENCE&TECHNOLOGYMAGAZINENo．22015文章编号：1008—3731(2015)02—0044—04基于围岩自然承压环加固原理的巷道参数优化张卫东(徐州矿务集团有限公司生产技术部，江苏徐州221006)摘要：阐述了“围岩自然承压环”形成机理及其加固原理基本内容．提出了临界支护厚度及临界预紧力场强度的概念，指出巷道支护加固对象是塑性变形围岩体．巷道围岩加固的核心是正确选择临界支护厚度、预紧力场强度和锚杆锚索采用圆形f或类圆形)布置。徐矿集团依据围岩承压环加固原理按不同矿井不同围岩条件(异相围岩)选取不同的临界

2、支护厚度、预紧力场强度参数，通过对4个煤矿l3个掘进工作面支护参数优化，不仅取得了支护成功．同时也获得了较大的经济效益。关键词：围岩自然承压环；加固原理；异相围岩：支护参数优化中图分类号：TD353+．9文献标志码：A1围岩自然承压环加固原理提供较大的径向支撑力，促使外承载结构稳定．同时减弱围岩软化，减小破碎区变形量．保证巷道支护成1．1围岩自然承压环功起关键性作用围岩在应力作用下破坏后的形状．总是向着最从应力的角度考察内外承载结构受力情况如图有利于抵抗应力的圆(或类圆)形方向发展，这是自2所示。外承压环结构围岩在弹性变形范围内．内外然界围岩破坏的宏观规律根据这一规

3、律可知巷道边界所受应力方向垂直于环面．大小均等于围岩原在开掘后．即使在不支护的情况下．围岩也会自然形始应力内承压环结构围岩在塑性和破坏变形范围成封闭环状力学承载结构体来抵抗地应力．这个力内，从里边界向巷道方向应力均小于原始应力。要保学结构称为围岩自然承压环不论巷道最初是什么证外承压环的稳定．内环必须提供径向大小与外环形状．这个环终究会形成当巷道边缘围岩强度不能内边缘相等的反作用力．且巷道内边缘锚杆锚索布抵抗应力时会被破坏．并逐渐向围岩深部延展，直到置应尽量按圆形布置．才能有利于内环围岩抵抗地所有应力方向与围岩面切线垂直时．围岩才会不再应力破坏。如图l所示围岩自然承压

4、环结构分为内、外承压环。外环是地应力主要承载结构。内环是围岩稳定的关键承载结构适时、有效的支护内承载结构(内承压环)可以有效改善围岩应力状态．对外承载结构图2围岩自然承压环各环应力分析1．2内承压环各半径及其存在判断根据上述结构和力学分析建立模型进行理论推导，得出了破碎环、塑性环半径的公式以及判断它们存在的公式。以下(1)(2)(3)式分别为破碎区半径、塑性区半径、判断它们存在的公式：图1围岩自然承压环结构模型2015年第2期张卫东：基于围岩自然承压环加固原理的巷道参数优化45岩裂隙密度是不一样的．在塑性区内出现的裂隙和+c崛c]离层较多．而弹性区只有围岩的原生裂隙

5、没有离层现象，这两种现象的交界处即为临界支护厚度界限R／／(c)根据裂隙和离层情况就可以确定支护效果的好坏．当裂隙正好在锚杆控制的范围内．说明当前的支护(1)时成功的相比以前测应力的方法确定临界值要简P=R(2)单、易操作而且可靠1．4．2临界预紧力场强度概念及确定方法一BI+B2(1)e~+(+1一2)()9r≥0(3)

6、

7、h’L。ll当对巷道围岩采用锚杆、锚索加固时需施工预式中，R为破碎区半径；为塑性区半径；卢为紧力．预紧力会形成预紧力场．预紧力场的强弱影响膨胀系数；q0为原台应力；oro为岩石单轴抗压强度；着锚固体内的岩体的强度，影响着支护的效果。传统or。为

8、岩石残余单轴抗压强度；为支护力；的方法描述支护强度是用平面受力压强来表示的．反映不了岩体内部情况笔者提出了预紧力场强度；概念．即加在单位岩体上力的大小为预紧力场强度1+sin~：一为围岩内摩擦角；预紧力场强度与锚杆、锚索的间排距、杆体的直径、．．，卜smO预紧力等有关。一般情况下，相同的地质条件．预紧Bl=器]B2_-力场强度越大支护的强度越强．加固后岩体强度越高．抵抗地应力能力也越强平均预紧力场度的计算为塑性软化区直线段斜率的绝对值，B。=一(1)方法如下式：[(2q。一。)／k(k+1)一q。]，E为围岩弹性模量，为围E=KP／(L1×nxb)(4)岩泊松比。式

9、中，E为预紧力场强度：K为预紧力影响系数。与1．3巷道支护的主体预紧方式、锚杆(索)直径、扭矩大小等有关：P为锚按照围岩自然承压环结构．外承压环围岩变形杆、锚索预紧力；为锚杆自由段长度，l=L一在弹性范围内没有发生破坏．内承压环是围岩稳定式中为锚杆全长，为锚固段长度按锚固剂长度的关键．内承压环内的破碎区和塑性区岩石是巷道取值，外露长度取100mm；口为锚杆的间距．应支护的主体。小于等于／2；b为锚杆的排距，应小于等于／2。1．4围岩自然承压环加固临界值预紧力作用时存在上下临界预紧力场强度．当1．4．1临界厚度概念及确定方法预紧力形成的应力场强度达到临界预紧力场强