【摘要】：針對首山一礦11061工作面運輸平巷厚泥巖復合頂板強度低、無穩(wěn)定承載結(jié)構(gòu)、頂板下沉量大的問題,通過監(jiān)測巷道圍巖破壞及離層發(fā)育,統(tǒng)計巷道破壞具體形式,分析得出復雜應力條件下厚泥巖復合頂板巷道破壞的力學機制�；谄帐瞎袄碚�,結(jié)合現(xiàn)場具體支護和破壞狀況,提出"預應力錨桿+錨索承載結(jié)構(gòu),配合原生裂隙區(qū)域注漿加固"的改進支護方案:預應力錨索(桿)形成的主、次承載結(jié)構(gòu)協(xié)同作用,在兩承載層間的泥巖頂板形成壓縮區(qū)限制離層發(fā)展;布置傾斜錨索與垂直錨索,限制巷道頂幫角處圍巖塑性區(qū)擴展,防止錨索錨固點所在巖層破斷失去承載能力。依據(jù)塑性圈理論和數(shù)值模擬等手段,確定錨桿、錨索等具體支護參數(shù),利用分區(qū)注漿加固泥巖強烈膨脹與松動破壞區(qū)域。數(shù)值模擬和現(xiàn)場工程實踐的結(jié)果表明:與原支護方案對比,改進的支護方案巷道變形量減少約50%,巷道圍巖完整程度明顯提高,有效地控制了厚泥巖復合頂板變形與破壞。
【圖文】：

同，針對具體條件下厚層軟弱頂板的破壞特征，分析圍巖控制機制，確定支護方案，給出錨固參數(shù)的確定方法，對于進一步保證工程現(xiàn)場煤巷圍巖穩(wěn)定具有重要意義。2厚泥巖頂板變形破壞特征2.1工程概況首山一礦主采己15 17煤層，11061工作面煤層平均厚度約3.6m，傾角7°～12°，埋深約700m。煤層直接頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖及薄煤層復合頂板，均厚約10m；復合巖層之上是中粒砂巖，平均厚度2.2m；直接底板為砂巖�；仫L平巷與運輸平巷斷面寬度3.8m，兩幫高度分別為3.6，3.0m，頂板與巖層傾斜角度一致，巷道圍巖狀況見圖1。原支護方案采用錨桿、垂直單體錨索、鋼帶、金屬網(wǎng)以及混凝土噴層聯(lián)合支護。圖1巷道圍巖分布情況Fig.1Distributionof11016roadway′ssurroundingrock2.2圍巖變形破壞情況巷道掘進后60d內(nèi)，圍巖變形嚴重，金屬網(wǎng)撕裂，混凝土開裂。巷道頂板中心最大下沉速率為34mm/d，掘進后60d內(nèi)最大累計頂?shù)装逡平繉⒔?00mm。根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計調(diào)查，圍巖破壞形式主要有拉剪破壞、膨脹破壞和松動破壞，如表1所示。根據(jù)鉆孔窺視結(jié)果(見圖2)，頂板離層主要集中在頂板上方0～4m內(nèi)，4m以上頂板較為完整，離層發(fā)育逐漸減少。3厚泥巖頂板破壞特征力學分析首山一礦厚泥巖頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖和薄煤層形成的復合頂板，從下至上各層依次編號1，2，3，，6。各層物理力學參數(shù)見表2，建立如圖3所示的復合頂板力學模型，分析頂板發(fā)生離層的原因。如圖3所示，將厚泥巖復合頂板簡化為組合梁結(jié)構(gòu)。巷道開挖后，煤壁和頂板破碎裂隙發(fā)育，梁支座的自由度增加，假設梁支座為簡支結(jié)構(gòu)，位置處于圍巖塑性區(qū)與破碎區(qū)邊界處。對于第i(i=1，2，3，，，6)層，x處橫截面的彎矩值為

sofrocks序號巖性厚度/m自然視密度/(kg·m－3)彈性模量/GPa抗拉強度/MPa1泥巖2.721603.310.272砂質(zhì)泥巖4.322504.020.673煤0.514802.440.174砂質(zhì)泥巖1.522204.150.705煤0.714802.580.176中粒砂巖2.2233016.701.952()cos2ixiixlxMρhdgβ=(1)式中：()ixM為第i層在x處的彎矩值，iρ為第i層的自然視密度；ih為第i層的厚度；d為梁沿巷道長軸方向?qū)挾�，取單位長度1m；g為重力加速度；l為簡支梁長度；x為截面位置；β為巖層傾角，取10°。巷道開挖后，頂板各層因重力而彎曲，曲率為圖3厚泥巖復合頂板的簡支梁示意圖Fig.3Sketchoffreelysupportedbeammodelofthickmudstoneroof1()ixiiiiMkrEI=
【作者單位】： 黑龍江科技大學礦業(yè)工程學院;河南理工大學能源科學與工程學院;
【基金】：國家自然科學基金資助項目(51574114) 國家重點研發(fā)計劃專項資助(2016YFC0600901) 中國博士后科學基金資助項目(2014M551290)~~
【分類號】：TD353

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本文編號：2525057