特厚復(fù)合頂板巷道支護結(jié)構(gòu)與圍巖穩(wěn)定的耦合控制研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、特厚復(fù)合頂板為大厚度不穩(wěn)定層狀圍巖,依據(jù)傳統(tǒng)的支護理論難以詮釋錨索的作用機理與巷道支護結(jié)構(gòu),要科學(xué)合理地確定支護參數(shù)較為困難。本論文在總結(jié)分析現(xiàn)有巷道支護理論基礎(chǔ)上,結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目(51274145)“涵蓋峰后大變形過程的巷道圍巖與支護平衡規(guī)律及控制機理研究”和煤氣化專項基金項目“神州煤業(yè)4#煤層巷道聯(lián)合支護技術(shù)研究”,采用理論分析、試驗?zāi)M、數(shù)值模擬及工程實踐應(yīng)用等方法,對特厚復(fù)合頂板巷道支護結(jié)構(gòu)與圍巖穩(wěn)定控制技術(shù)進行了研究

2、,得出以下結(jié)論:
   (1)在總結(jié)分析現(xiàn)有支護理論的基礎(chǔ)上,提出特厚復(fù)合頂板巷道拱梁耦合支護新理論:特厚復(fù)合頂板破壞主要包括彎曲斷裂離層和層間錯動離層;在錨桿作用下淺部巖層形成組合梁,深部復(fù)合頂板在錨索高預(yù)應(yīng)力作用下形成壓縮承載拱,“拱”與“梁”耦合作用形成特厚復(fù)合頂板巷道支護承載結(jié)構(gòu)主體;建立巷道拱-梁結(jié)構(gòu)體系力學(xué)模型,提出支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性力學(xué)計算與支護參數(shù)設(shè)計方法。
   (2)利用大尺度二維相似模擬試驗系統(tǒng),以神州

3、煤業(yè)4#煤層特厚復(fù)合頂板為原型,試驗?zāi)M不同支護條件巷道分級加載(0~40MPa)過程中巷道圍巖應(yīng)力、圍巖位移變化等規(guī)律。試驗結(jié)論為:
   ①無支護巷道:頂板淺部巖層位移呈μ=aln(p)+b對數(shù)曲線變化特征,頂板巖層彎曲破壞從中間開始向兩側(cè)擴展,呈拱形冒落。頂板圍巖垂直應(yīng)力隨該巖層離層破壞逐步使兩側(cè)垂直應(yīng)力升高,增壓系數(shù)1.12~1.60;圍巖水平應(yīng)力隨該巖層破壞逐步使上部巖層水平應(yīng)力升高,增壓系數(shù)1.12~1.18;水平應(yīng)

4、力是復(fù)合頂板產(chǎn)生擠壓彎曲、剪切錯動破壞的主要因素。
   ②頂幫錨桿支護巷道:頂板圍巖位移呈μ=kp+b線性變化規(guī)律,錨桿錨固層中部位移速率大于兩側(cè),巖層整體性提高,呈組合梁彎曲變形特征;當(dāng)錨桿組合梁彎曲破斷后,上部圍巖應(yīng)力明顯下降,巖層破壞向兩側(cè)及上部擴展,仍然形成冒落拱。錨桿組合梁中水平應(yīng)力較高,側(cè)壓系數(shù)達1.45,表明水平應(yīng)力是組合梁彎曲變形的主要因素;組合梁兩端垂直應(yīng)力高于水平應(yīng)力,表明垂直應(yīng)力是巷道肩部剪切破壞的主要因

5、素;錨桿組合梁形成后,使巷道頂板水平承載力提高49%,垂直承載力提高30%,綜合承載能力提高75%。
   ③錨索+頂幫錨桿聯(lián)合支護巷道:錨索減跨作用下錨桿組合梁抗彎強度增加,組合梁上部圍巖應(yīng)力上升、位移減小;頂板巖層中部與兩側(cè)位移速率差值由淺到深遞減,頂板深部基本接近,表明頂板較大范圍內(nèi)圍巖整體性提高,顯現(xiàn)錨索壓縮拱特征;拱-梁組合結(jié)構(gòu)形成后與錨桿支護巷道相比頂板下沉量減少43%。
   ④錨索+全斷面錨桿支護巷道:在

6、斜跨錨索作用下圍巖壓縮拱范圍有所擴大,錨桿組合梁最大水平承載力比錨索垂直布置提高35%;頂板下沉量比錨索垂直布置減少16%,比頂幫錨桿支護減少52.3%;巷道底板在采用錨桿支護后承載能力增大,底鼓量減小77.4%。
   (3)采用RFPA2D數(shù)值模擬試驗,以神州煤業(yè)4#煤層特厚復(fù)合頂板為模擬對象,對不同支條件巷道分級加載時圍巖破壞過程進行模擬。計算分析圍巖應(yīng)力場特征與圍巖裂隙演化規(guī)律。分別研究不同圍巖應(yīng)力對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響

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