【摘要】：強膨脹軟巖巷道的支護問題是西部地區(qū)礦井建設(shè)中普遍遇到的難題。為解決強膨脹軟巖遇水泥化、崩解等給巷道掘進、支護等工程帶來的困難,以強膨脹軟巖巷道支護工程為研究對象,通過理論分析和現(xiàn)場調(diào)研,研究強膨脹軟巖巷道變形機理;利用有限元分析軟件MIDAS/GTS建立強膨脹軟巖巷道數(shù)值仿真模型,分析了錨網(wǎng)噴架聯(lián)合支護時巷道塑性區(qū)范圍、表面位移和鋼支架的受力特征。進行現(xiàn)場測試,獲得了巷道圍巖變形和錨桿受力變化規(guī)律。結(jié)果表明,采用鋼支架與錨網(wǎng)噴構(gòu)成聯(lián)合支護體系可有效提高支護結(jié)構(gòu)整體剛度,提升圍巖的自穩(wěn)能力和自承能力。
【圖文】：

案原設(shè)計支護方案為錨網(wǎng)索噴支護，錨桿規(guī)格為20mm×2400mm，間排距800mm×800mm，采用CK2335和Z2360樹脂錨固劑各1支;金屬網(wǎng)網(wǎng)片尺寸為110cm×180cm;錨索采用15.24mm×8300mm鋼絞線，在拱頂中心線及其兩側(cè)弧長2.4m處設(shè)置，采用1支CK2335和2支Z2360樹脂錨固劑錨固。噴層初噴100mm，復(fù)噴50mm，噴層厚度150mm。上述支護方案雖具有一定的適用性，但對于圍巖強度等級低、完整性差，兼具地層富水性和巖石吸水強膨脹特性的軟巖巷道而言，會增加施工難度，降低支護效果。施工過程中發(fā)生了頂板下沉變形和兩幫水平收斂變形，見圖1。1.3圍巖變形理論計算軟巖巷道變形主要包括圍巖的彈性變形、巖體的碎脹變形、軟巖吸水膨脹變形及巖體蠕變四部分。1)彈性變形。巷道開挖后，圍巖受力狀態(tài)發(fā)生改變，在2～3倍巷道直徑范圍內(nèi)，巖體將產(chǎn)生彈性變形。文獻［1］認為，對于圓形巷道，圍巖彈性變形ue可按式(1)計算。表1砂巖礦物成分及質(zhì)量分數(shù)Table1Mineralmassfractionsofsandstone巖樣成分石英鉀長石斜長石方解石高嶺石蒙脫石伊利石質(zhì)量分數(shù)/%12.911.89.210.78.336.710.4圖1軟巖巷道變形形式Fig．1Deformationtypeofsoftrockroadway917第17卷第3期2017年6月安全與環(huán)境學報JournalofSafetyandEnvironmentVol．17No．3June，2017

停嗨詞?5)計算巷道開挖后圍巖蠕變變形。εc=σEM+ση()Mt+σEK1－e－EKηK()t+εP(5)式中σ為巖石所受應(yīng)力，MPa;EM、ηM為Maxwell體的彈性模量和黏滯系數(shù)，EK、ηK為Kelvin體的彈性模量和黏滯系數(shù);εP為塑性應(yīng)變。根據(jù)室內(nèi)圍巖三軸蠕變試驗結(jié)果，擬合分析得到EK=1.8GPa，ηK=16.9GPa·d，EM=0.96GPa，ηM=1200GPa·d，將上述參數(shù)代入式(5)即可得到巷道開挖變形后蠕變變形。通過式(1)～(5)計算得到的圍巖表面1m范圍內(nèi)的變形見圖2。從圖2可以看出，巷道開挖后圍巖表面即發(fā)生彈性變形和碎脹變形，二者與時間無關(guān)，巷道開挖后即刻產(chǎn)生。隨著時間的累積，圍巖吸水膨脹變形和蠕變變形逐漸發(fā)揮，表面變形迅速增加，這一增加的過程持續(xù)30d左右。巷道開挖后，若不及時采取支護，則開挖30d后巷道變形將達到560mm以上，并持續(xù)增加。這對于巷道而言是不可承受的，因此必須對強膨脹軟巖巷道開展支護技術(shù)研究，確定合適的支護結(jié)構(gòu)及支護參數(shù)，，保證巷道功能和使用的安全。2強膨脹軟巖巷道支護技術(shù)2.1強膨脹軟巖巷道支護技術(shù)原理強膨脹軟巖巷道支護難度大，錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護難以起到良好的支護效果。大量工程實踐表明，U型鋼可縮性支架具有初撐力高、增阻速度快、支護強度大等優(yōu)點，在富水性較強的強膨脹性軟巖巷道中采用錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土和U型鋼可縮性支架聯(lián)合支護技術(shù)，可以克服錨網(wǎng)索噴支護的不足，允許圍巖變形能量充分釋放，支架工作阻力逐漸發(fā)揮，能顯著提高支護結(jié)構(gòu)的整體剛度，有效解決強膨脹軟巖巷道支護難題。2.2數(shù)值仿真分析2.2.1模型建立利用有限元分析軟件MIDAS/GTS建立直墻半圓拱型巷道彈塑性數(shù)值仿真模型。模型尺寸為60m?

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本文編號：2572456