[转帖]软岩回采巷道支护方案设计

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<font size="4"><strong>软岩回采巷道支护方案设计</strong> <hr noshade="true" size="1"/></font><table cellspacing="8" cellpadding="0" width="500" border="0"><tbody><tr><td class="da"><p><font size="4">作者：齐国平 盛玉学<br/><br/>红庙矿是我国曲型的软岩矿井，而二井是该矿主要生产井口，占全矿产量的近90%。随着开采深度的增加和地质条件的复杂化，回采巷道支护困难，致使回采工作无法进行。在掘进施工巷道过程中，两巷压力大，顶板岩石破碎，巷道底鼓和围岩变形严重，最严重地段巷道顶底板和两帮基本闭合。为确保回采，校企联合，对该矿二井五采区回采工作面两巷支护进行研究，拟定采用锚网索-钢筋梯联合支护形式，通过理论计算进行巷道支护方案设计并对其进行现场施工试验，以便检验支护形式的适应性和支护设计的合理性。<br/><br/>1 回采巷道围岩特性计算<br/><br/>根据现场实际情况，煤层顶底板为劣质泥岩岩体，则采用霍氏理论对巷道围岩进行计算。根据实测原岩最大主应力值P₀=14 MPa，5-1煤层顶板岩石灰色砂泥岩单向抗压强度σ=19.1 MPa，弹性模量E=5.1×10⁵ MPa，泊松比μ=0.24，天然视密度γ=23 kN/m³，取系数m=1.0；s=0.004；m_r=0.2；s_r=0.0001。求常数M、D、Nr。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1801.gif" align="center" alt=""/><br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1802.gif" align="center" alt=""/><br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1803.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>（4）求塑性区半径。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1804.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>（5）求弹性区位移u。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1805.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>（6）求塑性区体积应变ε_V。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1806.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>（7）求塑性区位移u_R。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1807.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>取支架抗力分别为3、2、1、0.5、0.2、0 MPa，计算出R、u、ε_V和u_R列入表1，绘制成围岩特性曲线如图1所示。<br/><br/>表1 计算结果表<br/><br/></font><a href="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/biao/20051018-1801.htm"><font size="4">见表</font></a><br/><br/><font size="4"><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1901.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>图1 围岩特性曲线<br/><br/>由计算结果知，被动支护抗力为0时围岩塑性区位移u_R=461 mm。巷道围岩允许的位移区间[u_R]=（0.3~0.6）u_R=（0.3~0.6）×461=138~277 mm，巷道周边位移落入允许位移区间内，则表明支护方式合理。<br/><br/>2 回采巷道支护设计<br/><br/>根据煤岩力学指标及地应力测定结果知，巷道围岩属于V类不稳定岩层。在原设计的基础上，工作面回采巷道选择拱形断面，采用锚杆-锚索-钢筋梯-金属网联合支护方式，该支护属于主动支护，支护参数见图2所示。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1902.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>图2 巷道断面及支护方式图<br/><br/>联合支护方式的理论验算，由于围岩属于V类不稳定岩层，所以应用"承压拱理论"进行验算。计算锥形剪切体参数：<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1908.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>锥形剪切体底宽h=2R</font>_{<font size="4">0cosα=1.5 m<br/><br/>相邻锚杆间的半夹角δ<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1909.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>（4）承载环厚度W。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1910.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>（5）承载环剪切长度S。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1911.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>（6）剪切滑移线水平轴的平均夹角φ。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1912.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>（7）在S范围内锚杆根数n。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1913.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>②锚杆与破坏面的夹角β。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1914.gif" align="center" alt=""/><br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1915.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>（9）锚杆锚固后围岩的凝聚力C₁。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1916.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>（10）锚杆锚固后围岩塑性区半径P</font>_{<font size="4">p。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1917.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>（11）锚杆锚固后围岩松动区半径R_b。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20051018-1918.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>由验算结果可知该支护设计是合理的：<br/><br/>（1）锚杆间距0.6m<n s="0.9" mbr=""></n><br/>（2）锚杆支护抗力P=0.58 MPa，查图1围岩特性曲线，在该支护抗力作用下，巷道周连位移u_R=155 mm，138 mm<155 mm<227 mm，巷道周边位移落入允许位移区间[u_R]范围内，故支护方式是合理的。<br/><br/>（3）锚固后围岩塑性区半径R_p=2.71 m，锚杆有效长度2.2 m>R_p-R₀=2.71-1.7=1.01 m，说明锚杆能穿过塑性区，锚杆长度选择是合理的。<br/><br/>3 现场试验矿压观测结果与分析<br/><br/>通过对试验巷道进行矿压观测，获得了巷道表面位移及深孔位移，观测结果见表2和表3。<br/><br/>表2 表面位移汇总表 mm<br/><br/></font><a href="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/biao/20051018-2002.htm"><font size="4">见表</font></a><br/><br/><font size="4">表3 顶板离层汇总表 mm<br/><br/></font><a href="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/biao/20051018-2003.htm"><font size="4">见表</font></a><br/><br/><font size="4">从观测结果可以看出，巷道围岩变形不大，顶板离层也不大，说明该支护形式和支护参数对于控制巷道变形来讲是可取的，完全可以满足对巷道稳定控制的需要，说明该设计方案是合理的。<br/><br/>4 主要结论<br/><br/>（1）对于软岩巷道支护设计，采用霍氏理论进行巷道围岩计算，从而确定支护参数来讲是可行的，并具有很强的适应性。设计方案的实际支护效果证实了设计的合理性。<br/><br/>（2）锚网索-钢筋梯联合支护属于主动支护方式，能充分利用围岩的自承能力。在软岩巷道中成功运用好这种支护形式，无论从施工工艺还是从支护成本上来讲，都具有巨大的现实价值和理论意义。<br/><br/>信息来源：煤矿安全</font>}}</p></td></tr></tbody></table>