大断面巷道锚网索支护技术的研究与应用

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随着地下矿开采强度与规模的扩大,为满足大型开采设备的使用、运输以及矿井通风等要求,巷道尺寸不断增加。巷道尺寸的增大降低了围岩的稳定性,这给巷道支护工作带来新的挑战。大断面巷道的支护已成为一个亟待解决的难题。本文以纳林河煤矿大断面巷道支护问题为背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟等研究手段,对大断面巷道围岩破坏机理及其锚网索联合支护技术进行研究,并针对纳林河煤矿的具体地质条件和支护问题提出相应支护对策。(1)分析了大断面巷道变形破坏机理。大断面巷道开挖后,巷道围岩平衡时的三向应力失衡转变为二向应力,巷道两帮和顶底板均出现应力集中现象,造成巷道围岩强度的降低,最终导致围岩的变形和破坏。(2)通过FLAC3D数值模拟软件,分析了大断面巷道尺寸对巷道稳定性的影响。研究结果表明,巷道断面积越大,围岩塑性区范围增大,巷道宽度对巷道稳定性的影响尤其重大,当巷道宽度从4m增大到6.5m时顶板最大位移从65mm增大至85mm,造成巷道支护难度加大。(3)分析了锚网索联合支护对大断面巷道的作用机理。巷道支护后,锚索和锚杆预紧力的作用可以使围岩重新恢复三向应力状态,有效控制围岩变形,从而维持巷道围岩的稳定。支护后锚索可以深入顶板围岩深处,对可能发生松动和破裂的岩石起到悬吊作用,由于大断面巷道跨度比较大,锚索还起到了减跨的作用,降低了顶板的沉降量;两帮的锚杆可以加固表面破碎煤体,使其同深部稳定煤体形成一个大的锚固体,抑制深部煤体发生离层,可以有效的控制巷道两帮的变形。(4)通过FLAC3D数值模拟软件对锚杆长度、间排距、夹角、预紧力大小等对支护效果的影响。研究结果表明,增大锚杆长度可以使预紧力有效向围岩深部扩散,压应力主要作用区为锚杆1/2长度以内;锚杆间排距及夹角的减小可使锚杆之间的作用力相互叠加形成一个整体的压缩区,起到对围岩的整体加固作用;增大预紧力能够提高锚杆的主动支护效果,随着锚杆预应力的增大,锚杆群在围岩中产生的压应力的强度和范围都有所增加,锚杆预紧力为50KN时的最大主应力为0.02MPa,预紧力增大到200KN后最大主应力增大至0.09MPa。(5)针对纳林河煤矿大断面巷道变形破坏特征及现有支护方案的不足,提出锚网索联合支护方案并在现场加以应用。现场监测结果表明,该支护方案有效控制了围岩变形,支护效果较为理想。
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