松软破碎围岩巷道柔模混凝土支护研究与实践

摘要

本文采用理论研究、数值计算分析和现场工业性试验以及监测的方法,通过柔模混凝土支护原理的研究,包括锚碹联合支护及锚碹缓冲层联合支护形式,并针对松软破碎围岩巷道实际工程地质条件,提出了合理的支护参数设计方法和生产作业线,并将光纤光栅监测技术用于柔模混凝土支护应用监测中,为柔模混凝土巷道支护技术的推广应用奠定了理论基础。对以下问题开展了深入研究。
　　(1)针对松软破碎围岩巷道,提出柔模混凝土巷道支护结构。根据岩碹组合梁理论,分析了锚碹联合支护作用原理及锚杆的作用,锚杆一方面增加了岩层与碹层之间的摩擦力,形成关键支撑架,避免两层出现离层现象;另一方面,锚杆杆体可增加岩层间的抗剪刚度,防止岩层间的水平错动,从而将锚杆的锚固范围内的岩层与碹层锁紧成一个较厚的组合梁,在混凝土强度形成前发挥过渡作用。研究了组合拱与柔模混凝土碹形成组合梁后,柔模混凝土支护结构整体稳定性。
　　(2)围岩与柔模混凝土碹体形成一种共同体,研究了围岩性态及其变化状况对柔模混凝土碹体的作用,以及柔模混凝土碹体所受的压力及其变形,柔模混凝土碹体以自己的刚度和强度抑制围岩的变形和破裂的进一步发展,这一过程同样影响到柔模混凝土碹体自身的受力。以红柳煤矿缓坡副斜井柔模混凝土支护为依托,根据实际地质条件,提出柔模混凝土巷道支护参数设计方法。柔模混凝土支护是一种新型快速支护方式,适合煤矿松软破碎条件下安全快速施工的要求。
　　(3)采用数值模拟计算方法,分析在仅有锚杆支护的条件下、锚杆与柔模混凝土碹体支护条件下,巷道顶底板位移、两帮位移,及巷道周边塑性区范围。得出锚杆和柔模混凝土碹体支护条件下,锚杆受力较小,没有发生塑性区,支护结构稳定性良好。
　　(4)根据柔模混凝土支护具有的稳定性好、施工方便、工人劳动强度低、施工速度快等优点,研究了柔模混凝土支护施工工艺,建立了施工中工艺过程,制定了相应的施工质量控制及验收标准,为柔模混凝土支护的规范化操作提供了参考依据。研究无机化学锚固剂、外加剂的作用,柔性模板的滤水作用与外加剂分散作用形成自密实混凝土,节约了振捣工序;一次性浇注面积大,在泵压作用下混凝土相互挤密咬合,无回弹、无粉尘,保证了施工人员的健康。
　　(5)在工程实践中,采用光纤光栅监测系统、激光位移实时监测系统等监测手段对柔模混凝土支护结构进行了支护质量监测,分析柔模混凝土支护的变形和锚杆的受力。光纤光栅系统监测了锚杆轴向力的大小,反映出柔模混凝土支护过程中围岩压力的变化,锚杆轴向力在支护过程中经历了先增大,后减小最后趋于稳定的状态。监测表明,柔模混凝土碹体在支护后与锚杆共同承载,整体支护结构稳定。
　　(6)研究成果成功地应用于红柳煤矿缓坡副斜井支护施工,在服务期间内,巷道不需要维修,满足生产要求,取得了显著的技术、经济效益。

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1 绪论

1.1 问题提出

1.2 国内外研究现状与发展

1.3 论文研究的主要内容及其方法技术路线

2 柔模混凝土巷道支护原理

2.1 柔模混凝土巷道支护思想

2.2 柔模混凝土巷道支护原理

2.3 锚碹联合支护FLAC数值模拟

2.4 锚碹联合支护参数计算

2.5 柔模混凝土巷道支护结构

2.6 本章小结

3 柔模混凝土支护参数分析与设计方法

3.1 柔性模板设计

3.2 钢筋网设计

3.3 锚杆参数设计

3.4 衬砌厚度设计

3.5 柔模混凝土设计

3.6 喷射混凝土设计

3.7 本章小结

4 工程实践与施工技术研究

4.1 依托工程概况

4.2 施工概述

4.3 施工方案设计

4.4 施工工艺及流程

4.5 施工要点

4.6 施工质量控制及验收标准

4.7 本章小结

5 柔模混凝土支护监测技术

5.1 光纤光栅锚杆支护监测

5.2 柔模混凝土的强度检测

5.3支护后的巷道位移监测

5.4 本章小结

6 结论

6.1 主要结论

6.2 论文的创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

附录