厚煤层沿空掘巷围岩稳定控制研究.docx

厚煤层沿空掘巷围岩稳定控制研究【摘要】地下开采中围岩的稳定性是与围岩本身的完整性和强度相关的也受外部的应力状态的影响就影响巷道围岩稳定性影响因素而言主要有围岩赋存环境、开挖扰动和开挖支护。本文综合研究了厚煤层沿空掘巷围岩稳定控制的理论分析、控制机理、施工要求最后做了总结有较高的实用价值。【关键词】深部巷道厚煤层沿空掘巷围岩稳定控制1厚煤层巷道围岩稳定理论分析未经采动的岩体在巷道开掘以前通常处于弹性变形状态岩体的原始铅直应力等于上部覆盖岩层的重量。巷道开掘后原岩应力重新分布一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。随着应力重新分布巷道围岩内出现应力集中通常巷道两侧的应力集中系数为2～3。此时巷道周边围岩将承受的铅直压应力。由于处于周边的岩块侧向应力为零为单向压缩状态。随着远离巷道表面岩块逐渐变为三向应力状态。岩体力学性质对巷道围岩稳定性影响是均称的随围岩自身强度的增加巷道周边各处稳定性越来越好；外界施加的围岩压力对巷道围岩稳定性影响也是均称的随压力的增加巷道周边各处稳定性越来越差解释了随开采深度的增加巷道维护越来越困难；构造应力对巷道围岩稳定性影响是非均称的水平应力主要影响巷道顶底板稳定性垂直应力主要影响巷道两帮稳定性。2围岩稳定控制机理围岩内存在各种节理、层理、裂隙等不连续面这些结构面的分布与强度对岩体的整体强度影响很大岩体在外力作用下破坏时首先是结构面的破坏进而造成整体强度的降低但结构面的强度一般较低成为岩体中的薄弱环节深部开采时在高构造应力作用下这一薄弱环节会被放大极易发生剪切破坏。锚杆支护能有效地提高结构面的抗剪强度具体作用示意图如图1所示。围压越大岩石强度越高在围岩破坏前围压的增长对于岩石强度的增加并不明显但围岩破坏后岩石的残余强度对围压比较敏感较小围压的增长亦能有效地提高围岩的残余强度改善被锚固岩体的力学性能从而有利于保持巷道围岩的稳定。让压锚杆的作用主要有以下几个方面：（1）使锚固岩体在恒阻条件下变形以减少有害变形给支护带来的附加压力释放掉一部分岩石的破坏能量。（2）防止锚杆破断保证锚杆支护系统在整个支护期间不失效。（3）能更好地控制围岩破碎区、塑性区的发展从而更有利于保持巷道的稳定。3锚杆支护参数的动态系统设计采用动态系统设计方法确定锚杆支护参数。动态系统设计方法包括4个基本部分：（1）巷道围岩状况调查和地质力学评估。主要包括巷道用处和环境影响调查巷道围岩强度测试地应力测试地质构造和围岩结构勘探锚固体锚固性能测试等。（2）数值计算模型建立。以巷道围岩状况调查和地质力学评估为基础建立数值计算模型模型两侧限定水平位移下边界限定垂直位移上边界施加应力以模型上覆岩层自重。（3）研究不同预紧力、锚杆直径、锚杆长度、锚杆间排距下围岩控制效果确定最优支护参数。锚索支护参数采用理论分析方法确定。（4）形成初始设计并用于指导工业试验根据监测结果修改、完善初始设计。4施工要求（1）巷道开挖后先打顶板锚杆后打帮锚杆锚索支护滞后迎头3～5m。（2）锚杆孔深少于锚杆长度50mmS1202瓦排巷顶板和两帮锚杆长度均为2400mm锚杆孔深要严格控制在2350～2400mm之间。（3）严格执行“三贴”原则做到金属网贴紧煤壁钢筋梯子梁贴紧金属网托盘贴紧钢筋梯子梁。（4）施工中严格控制巷道高度如果出现超高超宽300mm时应补打锚杆超高严重时以两帮肩角锚杆距顶板200mm为准巷道底角加铺金属网保证两帮底角锚杆离底板控制在400mm范围内。5结语本文采用理论分析、数值模拟的方法对“两进两回”通风方式下沿空掘巷围岩控制机理与技术进行了深入研究主要得出以下结论：（1）在分析了巷道围岩结构和动压影响过程后认为：巷道受动压影响时巷道围岩产生了局部的应力集中导致了围岩沿着弱结构面破坏产生较大的剪胀变形围岩破坏后增大了破碎区和塑性区的宽度同时也产生了大量的再生裂隙使巷道围岩环境进一步恶化。（2）研究了高强度锚杆支护的作用机理：锚杆提供的节理切向抗力与锚杆拉伸屈服力成正比锚杆的破断载荷越大锚杆提供的节理切向抗力越大高强度锚杆支护能有效的减小采动应力作用下顶底板围岩剪切破坏。（3）研究了高预应力锚杆作用力学机制：锚杆预紧力导致的岩体横向挤压作用力的存在是巷道围岩中锚固结构形成的必要条件。并通过力学推导出单个、多个锚杆作用下横向挤压力与锚杆水平距离的关系式。参考文献：[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].煤炭工业出版社2007.