超高软岩支护设计.doc
《超高软岩支护设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《超高软岩支护设计.doc(9页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、超高软岩巷道强力支护设计研究摘要:以XX矿西三盘区水仓超高软岩巷道为研究对象,应用高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度“三高一低”的现代锚杆支护设计理念,对巷道支护材料、参数进行合理选择。通过高预应力锚杆锚索、注浆、喷浆联合支护方式达到有效控制巷道围岩变形,提高围岩完整性和稳定性的目的,对于今后超高软岩巷道一次强力支护设计具有一定的借鉴意义。关键字:超高巷道;软岩;强力支护0 引言近年来我国煤矿大型综合机械化技术得到快速发展,矿井产能不断提升,对通风、运输要求提高,巷道断面尺寸不断加大;随着深部资源的开采,地质条件复杂化,部分岩石在深部高应力条件下呈现出软岩特性,给巷道支护带来困难。超高软岩巷
2、道的支护难点主要体现在两个方面:一是超高巷道由于两帮偏高,巷道高宽比偏大,煤帮稳定性差,极易发生剪切破坏;二是软岩的自身承载能力较弱,围岩膨胀、破碎、流变特性明显。锚杆支护材料、支护理论的发展与完善为解决超高巷道支护难题提供了新的思路,研究如何对超高软岩巷道进行有效支护对矿井安全高效生产具有重要的理论及现实意义1-5。1 工程概况XX矿15#煤西三盘区水仓将服务于西三盘区整个回采过程。水仓设计高度为6.6m,巷道掘进分两次成巷,先平掘煤巷,然后进行全断面起底,巷道掘进断面最终达到26.4m2,巷道断面大,两帮超高,形成超高大断面巷道;同时,15#煤底板存在泥岩、铝土岩,岩性强度低,含遇水泥化、
3、膨胀成分,围岩自身稳定性差,支护难度大。西三盘区水仓施工地点进行了钻孔取芯,15#煤层老顶为砂质泥岩,厚5.14m,坚硬细密;直接顶为K1石灰岩,厚10.13m,坚硬,含方解石。单向抗压强度平均101.6MPa。另外,零星分布有泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩伪顶,厚度为0.50-2.00m。15#煤层直接底为泥岩,厚3.12m,单向抗压强度平均28.3MPa。老底:灰岩,厚20.00 m,有斜层理,含方解石脉,黄铁矿。详细岩层状况见下图1所示。图1 岩层综合柱状图2 超高软岩巷道变形机理2.1 超高巷道数值模拟方案根据XX矿15#煤地质力学参数,建立圆柱状数值模拟模型,模型直径为1000mm,高径比
4、分别为1:1、1:2、1:3、1:4和1:5。模型计算采用应变软化准则,模型固定上下边界,采用均匀速度加载,模拟实验室单轴压力试验。对不同高径比模型进行单轴压缩模拟试验,主要分析其塑性区的形态,数值模拟结果如下图2所示。图2-a 高径比1:1 图2-b高径比1:2 图2-c 高径比1:3 图2-d高径比1:4 图2-e高径比1:5图2 数值模拟结果图从模拟结果中可以看出,试件在单轴压缩作用下,均发生了剪切破坏,随着高径比的增加,破坏的范围也越来越大。高径比为1:1时,破坏主要发生在试件的端部,以受载面破坏为主;高径比为1:2时,破坏贯穿整个试件,但主要发生在试件中部,且破坏范围并不大;高径比为
5、1:3时,破坏范围增大,集中在试件的中部,主要以试件中部发生较大体积应变而导致破坏;高径比大于1:4时,试件破坏位置集中在试件上中下部,且呈现明显的X状共轭倒锥形塑性破坏区,试件中部还存在未发生破坏的柱核区。由此可以看出,针对水仓超高巷道,超高煤帮的破坏主要是剪切破坏,破坏位置主要集中在中部及偏上、偏下的位置。2.2 软岩性质分析岩石各项理化性质与自身组成成分密切相关,为了清楚掌握水仓底板岩石成分,对底板岩石进行取样分析。第一组样品位于底板内500mm,第二组样品位于底板内5002400mm,第三组样品位于底板内24003900mm。为准确研究底板岩层组成,对底板岩样进行X射线衍射分析。水仓底
6、板泥岩中粘土矿物占多数,其粘土矿物平均含量达到75.0%,其中第一层粘土矿物含量为98.5%,第二层粘土矿物含量为78.1%,第三层粘土矿物含量为55.8%。说明粘土矿物随深度增加不断减少,但总含量仍占到一半以上,因此底板矿物以粘土为主。在实验室条件下,对所取样品进行单轴抗压强度及变形测定试验,试验结果如下表1所示。表1 单轴抗压强度及变形测定结果试件编号试件尺寸(mm)破坏载荷(KN)抗压强度(MPa)平均抗压强度(MPa)弹性模量(GPa)平均弹性模量(GPa)直径高度s-150.6897.28254.86126.30123.9619.3821.03s-250.7097.64245.521
7、21.6222.68s-350.5096.50131.1465.4765.4714.0614.06从试验结果来看,泥岩试件的弹性模量、峰值应力离散性都很大,主要是由于岩体是一种包含大量裂隙的物体,各向异性特征明显,即使在同一地点选取的岩芯其变形与强度参数也有很大的不同6-8。3 超高软岩巷道锚杆支护设计三盘区水仓设计高度为6.6米,巷道掘进分两次成巷,先平掘煤巷(宽4.0m,高2.6m),之后进行全断面起底(宽4.0m,高4.0m),巷道掘进期间采用树脂加长锚固锚杆与锚索组合支护。水仓一次掘巷支护设计中,顶板及两帮采用锚梁网喷联合支护,使用20mm2000 mm 左旋无纵筋螺纹钢锚杆,间排距1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 超高 支护 设计
链接地址:https://www.31doc.com/p-2046384.html