a070201煤礦深部巷道錨桿支護理論與技術(shù)研究新進展(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)是巷道支護設(shè)計的基礎(chǔ)。一切與圍巖有關(guān)的工作，如巷道布置、巷道支護設(shè)計，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，圍巖強度和變形特征發(fā)生明顯變化。因此，在深部礦井中進行地質(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：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 巷道圍巖強度測試采用WQCZ56型圍巖強度測定裝置進行井下圍巖強度測試（圖2）。該儀器由圍巖強度測定儀、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 巷道圍巖強度測量示意圖巖體強度的測定在井下巷道圍巖鉆孔中進行。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)過計算，便可得到該點的巖體單軸抗壓強度。通過對30余組巖石試樣同時用圍巖強度測定裝置及實驗室壓力機作了巖石單軸抗壓強度的對比試驗。測試結(jié)果表明，巖石單軸抗壓強度Rc與圍巖強度測定裝置臨界破壞壓力Pm呈強相關(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—巖體單軸抗壓強度，MPa； Pm—臨界破壞壓力，MPa； kkk3—系數(shù)。為了測定整個鉆孔長度上巖層的抗壓強度，每隔200～300mm取一個測試剖面。 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，并可與計算機連接，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。可窺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 煤巷錨桿支護設(shè)計方法與軟件 動態(tài)信息設(shè)計法根據(jù)煤礦巷道的特點，提出錨桿支護動態(tài)信息設(shè)計法。動態(tài)信息法具有兩大特點，動態(tài)性與信息性：其一，設(shè)計不是一次完成的，而是一個動態(tài)過程；其二，設(shè)計充分利用每個過程中提供的信息。該設(shè)計方法包括五部分，即試驗點調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估、初始設(shè)計、井下監(jiān)測、信息反饋和修正設(shè)計。初始設(shè)計采用數(shù)值計算法，目前應(yīng)用效果比較好的數(shù)值計算程序為有限差分軟件FLAC[7]和離散單元法軟件UDEC。根據(jù)錨桿支護擴容—穩(wěn)定理論，確定支護參數(shù)選擇的原則為：(1) 臨界支護強度剛度原則：錨桿支護強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，保證支護整體效果；(4) “三高一低”原則：在高強度、高剛度、高可靠性的前提下，降低支護密度。 適合工程技術(shù)人員使用的設(shè)計軟件為了使錨桿支護初始設(shè)計既簡單、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)值計算設(shè)計的基礎(chǔ)上，進行提煉與簡化，編制了適合現(xiàn)場工程技術(shù)人員使用的設(shè)計軟件。設(shè)計軟件由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、咨詢系統(tǒng)、設(shè)計系統(tǒng)與繪圖系統(tǒng)組成，可根據(jù)巷道原始參數(shù)確定錨桿支護設(shè)計，并繪制巷道支護布置圖。該軟件的應(yīng)用，顯著提高了支護設(shè)計的合理性和速度，大大減輕了工程技術(shù)人員的設(shè)計工作量。6 高強度樹脂錨桿與錨索支護材料
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