a070201煤礦深部巷道錨桿支護(hù)理論與技術(shù)研究新進(jìn)展(編輯修改稿)
2025-07-25 10:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 地質(zhì)力學(xué)參數(shù)是巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。一切與圍巖有關(guān)的工作，如巷道布置、巷道支護(hù)設(shè)計(jì)，采煤方法設(shè)備的選型等，都離不開對圍巖地質(zhì)力學(xué)特征的充分了解。對于深部巷道，最大的特點(diǎn)是巷道埋深增加，導(dǎo)致地應(yīng)力高、構(gòu)造應(yīng)力場復(fù)雜，圍巖強(qiáng)度和變形特征發(fā)生明顯變化。因此，在深部礦井中進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)參數(shù)測試顯得更為重要。為了快速、準(zhǔn)確測定地質(zhì)力學(xué)參數(shù)（包括井下地應(yīng)力測量、巷道圍巖強(qiáng)度測定、圍巖結(jié)構(gòu)觀察），可采用巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)快速測試系統(tǒng)。 地應(yīng)力測量地應(yīng)力測量方法有多種類型，常用的有應(yīng)力解除法與水壓致裂法。地質(zhì)力學(xué)快速測試系統(tǒng)中采用了水壓致裂法。該法有以下優(yōu)點(diǎn)：① 能測量較深處的絕對應(yīng)力狀態(tài)；② 直接測量，無需了解和測定巖石的彈性模量；③ 測量應(yīng)力空間范圍較大，受局部因素影響??；不需要套芯工序，可利用其它工程的勘探孔進(jìn)行壓裂。地應(yīng)力測量儀器為自行開發(fā)的SYY56型水壓致裂地應(yīng)力測量裝置。采用小孔徑鉆孔（f56mm），最大測量深度為30m，可在井下進(jìn)行快速、大面積地應(yīng)力測量。同一鉆孔還可以用于巷道圍巖強(qiáng)度測量。如圖1，該儀器由分隔器、印模器、定位器、手動泵、儲能器、隔爆油泵及記錄儀等部件組成。 圖1 水壓致裂地應(yīng)力測量示意圖 巷道圍巖強(qiáng)度測試采用WQCZ56型圍巖強(qiáng)度測定裝置進(jìn)行井下圍巖強(qiáng)度測試（圖2）。該儀器由圍巖強(qiáng)度測定儀、探頭、手搖泵、高壓管、延長桿等部件組成。探頭直徑f54 mm，測量深度30m，非常適合井下快速測量。圖2 巷道圍巖強(qiáng)度測量示意圖巖體強(qiáng)度的測定在井下巷道圍巖鉆孔中進(jìn)行。探頭內(nèi)的活塞在高壓油的驅(qū)動下發(fā)生移動，使端部頂針壓向鉆孔孔壁。根據(jù)頂針壓破鉆孔孔壁的臨界壓力，經(jīng)過計(jì)算，便可得到該點(diǎn)的巖體單軸抗壓強(qiáng)度。通過對30余組巖石試樣同時(shí)用圍巖強(qiáng)度測定裝置及實(shí)驗(yàn)室壓力機(jī)作了巖石單軸抗壓強(qiáng)度的對比試驗(yàn)。測試結(jié)果表明，巖石單軸抗壓強(qiáng)度Rc與圍巖強(qiáng)度測定裝置臨界破壞壓力Pm呈強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，可用下式描述： Rc =k1 Pm Pm≤20MPa Rc =k2+k3 logPm Pm＞20MPa (2) 式中：Rc—巖體單軸抗壓強(qiáng)度，MPa； Pm—臨界破壞壓力，MPa； kkk3—系數(shù)。為了測定整個(gè)鉆孔長度上巖層的抗壓強(qiáng)度，每隔200～300mm取一個(gè)測試剖面。 巷道圍巖結(jié)構(gòu)觀察巷道圍巖結(jié)構(gòu)觀察采用KDVJ400型礦用電子鉆孔窺視儀（圖3），由CCD攝像頭、圖像接收與存儲裝置、安裝桿等組成。儀器由攝像頭在鉆孔中接受圖像，通過接收儀直接觀察、記錄圖像，并可與計(jì)算機(jī)連接，分析和處理圖像，能直觀、清晰地反映巷道圍巖的結(jié)構(gòu)情況?？筛Q視鉆孔的最小直徑為28mm，長度為30m。圖4是井下巷道頂煤鉆孔的窺視結(jié)果，可清楚地觀察到煤體中的節(jié)理、裂隙分布狀況，為分析結(jié)構(gòu)面的分布提高的直觀的依據(jù)。圖3 KDVJ400型礦用電子鉆孔窺視儀圖4 圍巖結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果5 煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法與軟件 動態(tài)信息設(shè)計(jì)法根據(jù)煤礦巷道的特點(diǎn)，提出錨桿支護(hù)動態(tài)信息設(shè)計(jì)法。動態(tài)信息法具有兩大特點(diǎn)，動態(tài)性與信息性：其一，設(shè)計(jì)不是一次完成的，而是一個(gè)動態(tài)過程；其二，設(shè)計(jì)充分利用每個(gè)過程中提供的信息。該設(shè)計(jì)方法包括五部分，即試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估、初始設(shè)計(jì)、井下監(jiān)測、信息反饋和修正設(shè)計(jì)。初始設(shè)計(jì)采用數(shù)值計(jì)算法，目前應(yīng)用效果比較好的數(shù)值計(jì)算程序?yàn)橛邢薏罘周浖﨔LAC[7]和離散單元法軟件UDEC。根據(jù)錨桿支護(hù)擴(kuò)容—穩(wěn)定理論，確定支護(hù)參數(shù)選擇的原則為：(1) 臨界支護(hù)強(qiáng)度剛度原則：錨桿支護(hù)強(qiáng)度與剛度不能低于臨界值，否則巷道將長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)；(2) 高預(yù)緊力原則：錨桿應(yīng)施加較大的預(yù)緊力，達(dá)到桿體屈服載荷的3050%；(3) 錨桿錨索匹配原則：錨桿與錨索的力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，保證支護(hù)整體效果；(4) “三高一低”原則：在高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性的前提下，降低支護(hù)密度。 適合工程技術(shù)人員使用的設(shè)計(jì)軟件為了使錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)既簡單、方便，適合工程技術(shù)人員使用，又具有較高的科學(xué)性和合理性，在大量示范巷道數(shù)值計(jì)算設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行提煉與簡化，編制了適合現(xiàn)場工程技術(shù)人員使用的設(shè)計(jì)軟件。設(shè)計(jì)軟件由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、咨詢系統(tǒng)、設(shè)計(jì)系統(tǒng)與繪圖系統(tǒng)組成，可根據(jù)巷道原始參數(shù)確定錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，并繪制巷道支護(hù)布置圖。該軟件的應(yīng)用，顯著提高了支護(hù)設(shè)計(jì)的合理性和速度，大大減輕了工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)工作量。6 高強(qiáng)度樹脂錨桿與錨索支護(hù)材料
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