应力叠加支护理论在巷道支护中的应用.pdf

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1、蒲白科技应力叠加支护理论在巷道支护中的应用陕西建新煤化有限责任公司任华余杨占国摘要介绍陕西建新煤化有限责任公司建新煤矿通过研究叠加应力支护理论和顶板破坏机理，提出一种通过不同支护材料、形式实现应力叠加累积，以解决大断面煤巷的支护难题，并通过实际应用数据说明了叠加支护的优越性。叠加支护能充分利用支护材料的特性、作用机理及围岩应力特征等实现对巷道围岩的有效控制，形成高强度、高弹}生的稳定承载体，尤其是针对复合顶板、动压等巷道，提高了支护效果，降低了巷道复修率关键词应力分析应力叠加巷道支护为了有效控制巷道围岩变形，支护质后达到二次应力状态。二次应力主要呈为量成为各煤矿企业、科研院所研究的重要弹、

2、塑性分布，具体取决于岩石的强度。课题。充分了解巷道围岩变形规律是有效现就二次应力的弹塑性分布进行分析。由提高支护效果、控制巷道变形的前提。对于作用于岩体的初始应力较大或岩体强掘进巷道锚杆支护原理及支护工艺进行度较低，巷道开挖后周围的部分岩体应力分析，并根据现阶段实际进行了支护工艺超出了岩体的屈服强度，使岩体塑性变改进，对掘进巷道尤其是稳定性、整体性形。此时必须加强支护，否则巷道围岩会较差的顶板采取叠加支护方式进行支护，失稳，造成巷道的破坏。在巷道开掘后，有效提高了支护效果，减少了巷道复修由于巷道内暴露位置的不同会出现应力率，保证了正常的生产。集中现象，主要表现在巷道两帮岩梁支撑点处及岩梁断

3、裂后与巷道的点接触处。根1掘进巷道围岩应力分析据岩体力学可以分析得出理想状态下巷道围岩的应力状态(见图一1)。具体受力在煤岩层中掘进巷道，开挖后围岩的如图一2所示。原始应力平衡遭到破坏，应力经岩体调整平面■瓷簟一曩劣方向(b)(c)(b)巷遭与主应力皇45a史角(c)巷道与主应办星9图一1开掘巷道应力集中分析图图一2矩形巷道开掘后应力分布图巷道开挖后有如下特征：①巷道开挖前，岩层内质点各个方向原应力作用处于应力叠加支护理论在巷道支护中的应用2一种相对平衡状态。巷道开挖后围岩受及性质等不同，常会发生单一的支护形式力，围岩不仅传递外部介质载荷，同时也很难满足正常的支护要求。所以在具体施承受外部

4、介质作用，即对外部围岩施加一工中常会利用不同的支护形式组合来与个反作用力，以阻止巷道围岩的运动，对围岩发生多方位、多层次的应力关系，形巷道空间具有的保护作用；②巷道开掘成应力叠加以起到有效控制巷道变形的后，围岩质点受力由全受力改为三向受目的。力，垂直方向的约束被解除，岩层受力由3叠加支护应力分析双轴应力变为单轴压应力。由于岩石的单轴抗压强度低，两帮发生侧向变形，顶板3．1时间应力叠加(分阶段成巷)岩石因自身重力及上部岩层载荷影响产根据普氏理论，巷道开挖后形成自然生塑性弯曲变形。岩层受压变形的结果产平衡拱，平衡拱内的围岩应力会发生变化生大侧向(垂直方向)的变形和碎胀扩容，并达N-次应力状态。

5、巷道的尺寸直接影引起岩层弯曲下沉。岩层上部破坏区越响到拱的大小，即影响到开掘巷道对围岩大，顶板离层、弯曲变形越严重；③顶板的破坏范围大小，巷道断面越小，对围岩有上分层时由于围岩强度低、整体性差，破坏越少，越有利于巷道的维护。一次掘遭破坏后其破坏区多发生小区段剪切破进成巷时巷道跨度大，对围岩破坏范围坏，破坏范围呈矩形或梯形，从而使两帮大。分阶段施工就是通过先期小断面掘进岩体承载更为集中，易发生片帮事故；④支护形成小的平衡拱，开宽时利用二次支由于上覆弱岩层的影响，一旦顶板中岩层护对平衡拱进行加固，减小围岩破坏范产生破坏，破坏松动区迅速扩展。因此，围，同时利用一次成拱的内部应力与一次顶板逐渐下沉

6、破坏的过程短，对两帮冲击支护拱应力的叠加更好地使顶板形成整较大，容易发生突发性冒顶或片帮事故。体。巷道开掘后如何维护好巷道的应力3．2空间层次应力叠加平衡，有效控制巷道的变形，是巷道支护在复合顶板、软岩等特殊的围岩条件理论研究的主要内容。下，由于单纯的锚带网支护很难锚入老顶，与老顶形成组合梁，起到悬吊作用，2叠加支护基本原理杆体与围岩形不成一个整体，极易发生漏掘进巷道支护形式目前主要有钢棚、顶、冒顶事故。采用刚性支护时由于钢棚木棚、锚杆(含锚喷、锚带网等)、砌碹被动承载，巷道破坏后才对围岩起作用，等，各种支护形式作用机理不同，与围岩不利于控制巷道变形，如顶板压力大，单发生的应力关系也不尽相

7、同。在掘进巷道独的刚性支护很难有效控制巷道变形，极时由于巷道用途、服务年限、围岩稳定性易发生倒棚、漏顶事故。具体如图一3。应力叠加支护理论在巷道支护中的应用4由于按照设计巷道断面较大且顶板4叠加支护应用实例为复合顶板，大断面一次成巷极易发生冒顶、漏顶事故，不利于巷道支护，我们采现在就建新煤矿大断面矩形复合顶取先期施工小断面，后期对巷道开宽的方板切眼(宽8．5m、高3．3m，复合顶板厚式施工。具体施工及支护见图一5。度3m