頂板網(wǎng)格化錨固控制機(jī)理及運(yùn)動規(guī)律研究.pdf

1、本文以北京昊華能源股份有限公司長溝峪煤礦三槽無人工作面開采為工程背景，采用力學(xué)試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的研究方法，對頂板網(wǎng)格化錨固機(jī)理及其運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行了研究。
　　采用煤礦煤層頂板巖石試塊作為基體，用鋼絲模擬錨桿、薄鋼片模擬鋼帶，對加錨（鋼帶）巖石進(jìn)行了單軸壓縮、巴西劈裂、壓剪、三點(diǎn)彎試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：巖石加錨后，裂紋的擴(kuò)展受到錨桿限制，其抗壓強(qiáng)度提高了34.6％，抗拉強(qiáng)度提高了59.1%；巖石加錨桿、鋼帶后

2、，試件內(nèi)部的應(yīng)力分布狀態(tài)得到改善，特別是當(dāng)巖石基體出現(xiàn)塑性屈服后，鋼帶逐步取代巖石基體成為拉應(yīng)力的承載主體，不僅增強(qiáng)了錨固體的抗彎能力，還使其破壞特征由脆性向延性轉(zhuǎn)變。由三點(diǎn)彎試驗(yàn)結(jié)果可知：加錨后試件的抗彎能力提高了39.4%；加0.4mm、0.6mm厚鋼帶試件抗彎能力分別提升高了110.2%、148.3%?；诹W(xué)試驗(yàn)研究結(jié)果，運(yùn)用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，分析了錨桿支護(hù)阻止離層產(chǎn)生及擴(kuò)展的作用機(jī)制，探討了錨桿、鋼帶對頂板巖層的增韌、增強(qiáng)

3、等作用，結(jié)果表明：錨桿體積比率、粘結(jié)強(qiáng)度及錨桿鋼帶強(qiáng)度越大，錨桿對頂板力學(xué)性能的改善效果越明顯。
　　采用FLAC3D軟件，分析了網(wǎng)格化錨固控制對頂板動規(guī)律的影響，模擬結(jié)果表明：網(wǎng)格化錨固后，頂板塑性區(qū)體積明顯減小，頂板的極限垮落步距有所增加，錨桿錨固控制比率為25.6%、30.5%、37.6%時，垮落步距增長比率分別為11.3%、11.8%、12.3%，說明頂板垮落步距的增加比率隨著錨固控制比率的增加而增加，錨固控制效果明顯?；?/p>

4、于力學(xué)試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬結(jié)果，結(jié)合具體的地質(zhì)條件，在長溝峪煤礦進(jìn)行工程實(shí)踐。通過頂板鉆孔電視探測、頂板離層及運(yùn)動規(guī)律的監(jiān)測，得到以下結(jié)論：錨桿錨固范圍內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的離層，離層區(qū)集中在2.4~2.8m和4.1~4.4m這兩個范圍內(nèi)，說明錨桿錨固對頂板離層的發(fā)展具有一定的控制作用；錨固頂板的冒落分為兩種形式：一是分層冒落形式，即錨桿影響范圍內(nèi)下位直接頂和偽頂首先冒落，上部直接頂滯后冒落的分層冒落形式，二是整體冒落形式，即直接頂整體