深部高應力巷道錨桿支護優(yōu)化設計研究.pdf

1、隨著淺部煤炭資源的逐漸枯竭，一大部分礦井都將轉入或即將轉入深部開采，開采向深部發(fā)展成為煤炭開采的必然趨勢。煤礦進入深部開采階段，受到深部特殊地質力學環(huán)境的影響，圍巖的力學性質發(fā)生了很大變化，表現為特有的不利于巷道穩(wěn)定的力學特征，給巷道圍巖控制帶來很大的困難。目前，在深部高應力巷道錨桿支護參數設計方面還缺乏足夠的科學依據，存在一定的盲目性，造成支護強度和成本的不合理，因而還應開展大量的工程實驗及理論研究工作。
　　本論文以國家自然科

2、學基金項目“深井巷道圍巖弱化規(guī)律及高強錨固群圍巖控制機理研究”為依托，并緊密結合現場工程實際，對深部高應力巷道圍巖大變形破壞特征進行了大量的現場調查研究，認為該類巷道主要表現為圍巖變形量大，變形速度快，變形具有顯著的塑性，變形持續(xù)時間長，兩幫內擠嚴重，出現支護體部分或完全失效而破壞，并產生較大的底鼓變形和破壞。采用彈塑性力學、工程力學、巖石力學等理論對巷道開挖后的圍巖穩(wěn)定性力學狀態(tài)進行了分析，建立了力學計算模型，推導出了深部巷道圍巖塑性

3、區(qū)半徑的計算公式，對錨桿長度的選擇提供了依據。
　　運用數值分析方法，并基于正交試驗方法，結合平煤十礦戊9、10-20160工作面風巷實際情況進行了錨固支護參數的正交數值試驗，確定了13因素3水平共27種不同的計算模型，分別進行了數值模擬，對模擬結果進行了多指標的極差分析，得到了巷道的最優(yōu)支護方案為：①頂板支護參數：錨桿長度2.6m，錨桿直徑22mm，錨桿間排距0.75m×0.8m，錨桿預緊力60KN，錨索長度7.3m，錨索直徑1

4、7.8mm，錨索間排距2×3m，錨索預緊力150KN；②兩幫錨桿支護參數：錨桿長度2.4m，錨桿直徑22mm，錨桿間排距0.8m×0.8m，頂角錨桿與頂板夾角25°，幫角錨桿與底板夾角25°。運用MATLAB軟件分別進行各矩陣的計算得到兩幫移近量、頂板下沉量、頂底板移近量的回歸方程式及對應的回歸系數，通過回歸方程式對巷道兩幫移近量、頂板下沉量以及頂底板移近量進行近似的定量預測。運用數值模擬方法對讓壓管不同的讓壓點進行模擬分析，得到高強預

5、應力讓壓錨桿最佳讓壓點為150 KN。
　　運用數值模擬分析深部高應力巷道采用最優(yōu)支護方案后，圍巖變形破壞特征、應力分布規(guī)律、位移分布規(guī)律等，在巷道掘進過程中，圍巖垂直應力峰值變化不明顯，大致在28MPa上下波動。在掘進面前方產生應力集中，應力峰值約為28.7 MPa。開挖期間圍巖垂直位移變化明顯，隨著開挖的進行，頂底板位移量逐漸增大，在25m處頂底板位移量接近128mm，圍巖頂底板位移量增加約80mm。
　　將經過分析得到

6、的最優(yōu)支護方案應用到平煤十礦戊9、10-20160工作面風巷，對巷道掘進期間的表面位移和錨桿受力進行監(jiān)測和分析，得到圍巖的頂板下沉量、頂底板移近量和兩幫移近量在前期變化程度劇烈，然后逐漸趨于穩(wěn)定，最終值都在允許的變化范圍內，頂板錨桿、上幫錨桿、下幫錨桿受力都是呈緩慢增長趨勢，最后分別趨于穩(wěn)定值，通過頂板和兩幫錨桿受力監(jiān)測圖可以看出，頂板錨桿受力超過讓壓管的讓壓起始載荷，讓壓管開始屈服讓壓，錨桿桿體仍處于彈性變形階段，有效的阻止了錨桿的拉