大断面巷道交岔点顶板围岩稳定性研究

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为了构建完整的井下运煤、排矸、通风等系统,实现煤矿安全高效运转,各种巷道相互连接就会形成交岔点,因此巷道交岔点在煤矿井下广泛存在。同时交岔点相较于一般单条巷道,受两条或多条相交巷道的影响,围岩应力状态复杂,加之交岔点顶板临空面大,使得交岔点顶板的稳定性问题更为突出。因此,全面研究交岔点顶板稳定性以及如何实现交岔点顶板的稳定势在必行。论文是在前人研究的基础上,就大断面交岔点顶板围岩稳定性问题对交岔点围岩应力分布和破坏形式、顶板的梁式力学结构和等效跨度等进行分析;采用快速应力边界法(S-B法)生成初始应力,运用Flac3D着重探究不同断面大小、交叉角度和断面形状对交岔点顶板稳定性的影响规律;结合交岔点顶板支护原则对棋盘井煤矿大断面交岔点进行支护,通过数值模拟和现场监测对支护方案的合理性进行验证。研究表明,巷道断面大小、交叉角度是通过改变交岔点顶板等效跨度来影响交岔点顶板稳定性的,但各因素改变等效跨度的方式不同。巷道宽度会直接改变交岔点顶板的最大等效跨度,巷道高度的增加使巷道两帮极限平衡区范围加大,主、支巷极限平衡区在三角区端端重叠,围岩破坏深度加大,从而对顶板的支撑作用减弱,加大了交岔点顶板的最大等效跨度。而交叉角度越小,交岔点三角区端部破坏深度越大,对顶板支撑减弱,从而改变了最大等效跨度的大小和位置,导致顶板最大位移存在向锐角侧偏移的现象。而巷道断面形状的不同会使周围围岩应力分布不同,拱形顶板可以将顶板压力传递到两帮围岩,就T形交岔点而言,拱形顶板断面比矩形断面表现出更好的稳定性。最后以棋盘井煤矿巷道交岔点为工程背景,提出在原有支护的基础上采用组合锚索对交岔点顶板加强支护,验证结果表明:组合锚索的使用可以将顶板悬吊于深部围岩,缓解交岔点顶板的卸压状况,减轻交岔点锚索载荷,提高支护结构的可靠性。采用组合锚索对顶板加强支护可以提高交岔点顶板围岩的稳定性。
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