特厚松软煤层巷道顶板拱-梁耦合承载作用机理

摘要

由于特厚松软煤层巷道顶煤层理裂隙发育严重、黏聚力小、强度低,为解决此类巷道围岩破碎变形不易控制及其支护结构失稳的技术难题,综合采用理论分析、相似材料模拟试验、数值模拟分析的研究方法,提出了特厚煤层巷道拱-梁耦合主动承载结构支护体系,阐述了组合梁、承载拱的形成与作用及拱-梁耦合作用机理;并以金地煤业回采巷道为研究对象,运用数值模拟详细研究了锚索关键参数(长度、预紧力、间排距)对拱-梁承载结构稳定性的影响;同时建立了拱-梁承载结构稳定性评价体系,以加权平均的计算方法对关键参数影响因次做出排序.研究结果表明:拱-梁耦合承载结构是巷道支护结构的主体,此结构的存在有效提高了特厚松软煤层巷道的围岩强度及稳定性,改善了围岩破碎变形,控制了巷道失稳;采用形态参数评价拱-梁承载结构稳定性具有一定的客观性,得到结构形态参数贡献系数分别为:拱体积0.3,拱心压应力0.3,弧长0.2,梁体积0.1,梁心压应力0.1;锚索关键参数对拱-梁承载结构稳定性的贡献率依次为:间排距贡献率365.21％,预紧力贡献率80.34％,长度贡献率30.98％,影响作用为间排距>预紧力>长度;针对金地煤业回采巷道,优化支护参数(锚索间排距1 m×1.6 m、预紧力150 kN、锚索长度8 m、锚杆间排距0.8 m×0.8 m)后的拱-梁承载结构可保持巷道稳定,满足生产要求.