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深部巷道錨桿支護(hù)技術(shù)研究

2015-09-24 473 0

   【摘要】由于深部巷道應(yīng)力構(gòu)成復(fù)雜、環(huán)境影響加劇、圍巖類(lèi)型多變,深部巷道的破壞變形依然嚴(yán)重,對(duì)一深部復(fù)雜高應(yīng)力條件下巷道圍巖的變形破壞機(jī)理、支護(hù)對(duì)策等仍需深入研究
 
  對(duì)深井高地壓巷道圍巖破壞機(jī)理、巷道圍巖變形規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。深部開(kāi)采是特殊環(huán)境下的開(kāi)采,巷道圍巖受到地應(yīng)力不斷加大,巷道發(fā)生失穩(wěn)的可能性增大,給人員和設(shè)備造成很大的安全隱患。開(kāi)展深部巷道失穩(wěn)研究及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化等相關(guān)問(wèn)題的研究,己經(jīng)成為我國(guó)礦山安全生產(chǎn)所面臨的重大研究課題。
 
  1應(yīng)力場(chǎng)中巷道穩(wěn)定性分析
 
  深部巷道開(kāi)挖巖體,巖體處在高溫、高應(yīng)力、高水壓的復(fù)雜環(huán)境下,深井圍巖的地質(zhì)力學(xué)環(huán)境有很大變化,所以深部巷道圍巖有其特有的力學(xué)特征。首先是圍巖的區(qū)域破裂化現(xiàn)象;淺部圍巖應(yīng)力狀態(tài)通??煞譃樗苄詤^(qū)和松動(dòng)區(qū)以及彈性區(qū),但這并不適合于深部巷道。研究發(fā)現(xiàn)深部巷道圍巖周?chē)a(chǎn)生膨脹帶和壓縮帶,也稱(chēng)之為破裂區(qū)和未破壞區(qū),交替出現(xiàn)的情形,而且寬度的變化也是按等比數(shù)列遞增,這種現(xiàn)象被稱(chēng)為區(qū)域破裂現(xiàn)象。第二、圍巖的大變形特性和強(qiáng)流變特性在進(jìn)入深部后巖體變形具有兩種完全不同的趨勢(shì),第一種是巖體持續(xù)的強(qiáng)流變特性,不僅僅是變形量大,同時(shí)伴隨明顯的時(shí)間效應(yīng)。;第二種是巖體沒(méi)有發(fā)生明顯變形,但是破碎嚴(yán)重,處于破裂狀態(tài),如果按傳統(tǒng)的巖體失穩(wěn)的概念,這種巖體已不再具有承載特性。但實(shí)際上,依然具備承載及再次穩(wěn)定的特性。第三種是深部巖體在高圍壓作用下發(fā)生巖性轉(zhuǎn)化,由脆性轉(zhuǎn)化為延性。
 
  2深部硬巖巷道支護(hù)的技術(shù)
 
  支護(hù)措施對(duì)動(dòng)靜載的力學(xué)響應(yīng)特性決定了該支護(hù)系統(tǒng)所能完成的功能,深井硬巖巷道支護(hù)方法的選擇是基于剛性、承載能力和變形或能量消散能力,以及估算的巖體破壞特性和嚴(yán)重程度,它要求所采用支護(hù)方法,在受到高應(yīng)力作用之后,能夠保證圍巖的穩(wěn)定,或者加固功能轉(zhuǎn)化為懸吊功能,從而繼續(xù)保證圍巖的穩(wěn)定性。所以,高應(yīng)力巖層的支護(hù)控制方案,第一支護(hù)結(jié)構(gòu)必須具有良好的延展性,也就是說(shuō)支護(hù)系統(tǒng)沒(méi)有讓壓和屈服性質(zhì),就不可避免發(fā)生破壞。所以必須保持支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定,要求支護(hù)系統(tǒng)在失穩(wěn)后,發(fā)生瞬間先屈服變形,同時(shí)保持一定的抵抗力,在允許最大變形前耗盡釋放的動(dòng)能。第二,深井巷道的失穩(wěn)也是巖體破壞具體表現(xiàn),靜態(tài)失穩(wěn)條件下常規(guī)支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具備的功能。第三,支護(hù)設(shè)備還應(yīng)具有以下特點(diǎn):
 
 ?。╨)支護(hù)設(shè)備具有較高的承載能力,即支護(hù)體系的屈服強(qiáng)度較大,遠(yuǎn)超過(guò)靜態(tài)平衡所需要的強(qiáng)度。
 
 ?。?)支護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)巷道的表面覆蓋率增高,深井巷道失穩(wěn)區(qū)域不容易確定。
 
  (3)支護(hù)系統(tǒng)破壞前允許的巖體位移比較大,因而吸收巖石釋放的動(dòng)能大"在深部巷道失穩(wěn)破壞條件下,設(shè)計(jì)合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)時(shí),要求在巷道出現(xiàn)破壞之前,必須通過(guò)支護(hù)加固來(lái)提高掩體強(qiáng)度,需要保證巖體的完整性,使巖體和支護(hù)共同形成一個(gè)連續(xù)體,進(jìn)一步提高這種加固系統(tǒng)迅速吸收微震能。

  3錨桿支護(hù)參數(shù)的確定
 
  深井巷道處于高應(yīng)力的復(fù)雜環(huán)境中,受采掘擾動(dòng)影響,迫使圍巖應(yīng)力增加,簡(jiǎn)單的支護(hù)無(wú)法不能滿足要求,但可采取適當(dāng)增加安全系數(shù)的方法,針對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)。所以要首先確定巷道斷面形狀,因?yàn)橄锏罃嗝嫘螤钆c尺寸影響巷道礦壓顯現(xiàn)。由于直墻拱形巷道應(yīng)力重分布的理論還沒(méi)有達(dá)到令人滿意的結(jié)果,因此可采用非圓形巷道的圓形標(biāo)準(zhǔn),分析巷道斷面形狀和尺寸問(wèn)題,第一從安全角度分析,如圖1所示,采取三心拱的大圓半徑作為計(jì)算半徑,取斷面半徑a=5m,測(cè)定粘結(jié)力C=l.8MPa,內(nèi)摩擦角45度,應(yīng)力P=12MPa,剪切剛度系數(shù)泊松比v=0.3和K=5Gpa以及E=12.24GPa,錨桿確定全長(zhǎng)粘結(jié)式錨桿,錨桿屈服強(qiáng)度取30OMPa,圍巖和錨固劑粘結(jié)強(qiáng)度取8MPa,錨固劑粘結(jié)強(qiáng)度取18MPa,應(yīng)用支護(hù)理論中的懸吊理論和現(xiàn)代支護(hù)理論中的松動(dòng)圈理論,同時(shí)結(jié)合相關(guān)工程就能確定錨桿支護(hù)參數(shù)。
 
  4錨桿支護(hù)方案的確定
 
  巷道巖體接觸部位的鑿巖巷道,采用錨桿支護(hù),錨桿可采用砂漿錨桿結(jié)合瑪麗散注漿支護(hù),布置方式確定為全斷面布置系統(tǒng)錨桿:錨桿長(zhǎng)2.0-2.2m,間距0.9-1.3m,縱向距0.9-1.3m.為了進(jìn)一步優(yōu)化錨桿支護(hù)網(wǎng)度,在錨桿布置中采用2米進(jìn)行模擬。如圖2。
 
  5總體支護(hù)設(shè)計(jì)
 
 ?。?)使用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+鋼帶的聯(lián)合支護(hù)方式,成功地控制了深井回采巷道的變形和破壞。
 
 ?。?)實(shí)踐表明錨索與錨桿的配合,能夠有效控制圍巖快速流變,是巷道支護(hù)的關(guān)鍵。
 
 ?。?)深部回采巷道的支護(hù),需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì),應(yīng)根據(jù)不同條件,選擇合理的巷道斷面形式及支護(hù)方式。
 
  6結(jié)語(yǔ)

  本文通過(guò)對(duì)深部巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析,初始設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)不能有效的控制巷道變形和保證巷道的穩(wěn)定性,所以提出優(yōu)化支護(hù)參數(shù)。巷道支護(hù)參數(shù)確定后,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),巷道穩(wěn)定性明顯改觀,優(yōu)化后的錨桿長(zhǎng)度,對(duì)控制變形起到了很好的作用,發(fā)揮了錨桿支護(hù)優(yōu)勢(shì),巷道支護(hù)參數(shù)合理有效。

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