巷道围岩稳定性分析及锚杆支护效果评价研究

摘要

随着矿产资源的减少，地质条件越来越复杂，煤矿开采深度和难度越来越大，尤其是对于高地应力、软岩等破坏范围较大的巷道，采用传统锚杆支护理论进行设计施工难度大，工作效率偏低。本文以禾草沟5号煤层辅运大巷为工程依托，采用锚杆加固区围岩稳定理论设计，分析围岩稳定性，并对其支护效果进行了评价。
　　本研究主要内容包括：⑴传统锚杆支护理论的加固范围是整个塑性区，支护阻力不小于卡斯特耐尔（Kastner）公式计算值，巷道围岩稳定；对于围岩破坏范围较大的巷道，为了提高工作效率，提出锚杆加固区围岩稳定理论，只需要加固浅部破碎围岩，锚固在稳定岩体上，没有必要加固整个塑性区，不受塑性区宽度的影响，克服了实际工程中塑性区范围难以测定的问题，充分发挥了围岩的自身承载力，巷道围岩稳定需要满足两个条件：一是锚杆加固区外侧不小于卡斯特耐尔（Kastner）公式计算值，二是加固区内任意一点满足摩尔库伦强度准则。随着加固区厚度的增大，塑性区宽度不断减小，直至加固区的外侧面与弹塑性交界面重合，此时围岩的支护阻力与传统支护理论设计值相等，证明了锚杆加固区围岩稳定理论的合理性。⑵巷道围岩支护参数的设计遵循“长而疏，短而密”的规律，锚杆施加的预张力与维持围岩稳定所需的支护阻力呈正相关关系；为了有效的评价锚杆支护效果，提出围岩支护强度系数K的概念，其物理意义是巷道洞壁处产生单位位移所需的支护力，反映了围岩抵抗变形压力的能力；运用统一强度理论得到巷道洞壁的位移解析解，随着锚杆长度的增大，巷道围岩洞壁位移不断减小，且曲线的斜率呈递减趋势，说明选取合理的锚杆参数，有利于提高经济效益；通过对围岩支护强度系数分析，可知：对于同一巷道，围岩支护强度系数的变化区间很小，可以认为K为常数；对于不同埋深的巷道，对应的围岩支护强度系数不同，随着原岩应力P0的增大，围岩支护强度系数不断增大。⑶结合工程实例，利用工况下相应的围岩支护强度系数极值 Kmax，结合实测的位移解，对巷道锚杆支护效果进行评价，提高了工作效率和经济效益；若围岩支护强度系数满足极值条件，则锚杆间排距的布置满足支护要求，锚固效果良好，巷道围岩稳定；反之，巷道围岩不稳定，需要减小锚杆间排距，并提高锚杆强度。

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1 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 锚杆支护的国内外研究现状

1.3 研究内容及方法

1.4 本文拟采用的技术路线

2 锚杆加固区围岩稳定性分析

2.1 传统锚杆支护理论及支护设计方法

2.2 开挖扰动巷道围岩力学分析

2.3 锚杆加固区围岩稳定理论

2.4 传统锚杆支护理论围岩稳定性分析

2.5 锚杆加固区围岩稳定理论围岩稳定性分析

2.6 小结

3 锚杆加固区围岩支护参数设计及支护效果评价

3.1 锚杆加固区围岩变形分析

3.2 锚杆加固区围岩支护参数设计

3.3 围岩支护强度系数的提出

3.4 围岩支护强度系数的分析

3.5 巷道围岩支护效果评价

3.6 小结

4 禾草沟5号煤层辅运大巷围岩支护效果分析

4.1 工程概况

4.2 禾草沟5号煤层辅运大巷围岩支护方案设计

4.3 现场监测方案和监测结果

4.4 小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献