含坚硬煤矸石煤巷的锚杆控制原理及支护方案

来源：内蒙古煤炭经济作者：杨洪
发布于：2020-04-17 共1884字

岩土工程原理论文第五篇：含坚硬煤矸石煤巷的锚杆控制原理及支护方案

　　摘要：本文根据煤岩体的物理力学性质和赋存特征, 提出煤巷锚栓穿越坚硬软弱岩层的控制原则, 使坚硬岩层将软弱岩层拉离, 整体可围性变强。

　　关键词：煤巷; 坚硬地层; 沿空掘巷; 围岩控制;

　　Deformation Law and Control of Surrounding Rock of Hard Coal Gangue Driving Roadway along Goaf

　　YANG Hong

　　1 试验巷道岩土工程条件

　　工作面位于2煤层，北侧为已采工作面采空区，南侧为尚未开采的实体煤。工作面平均倾角11°，硬度系数小于0.5的煤层呈粉末状或碎块状，总厚度2.0m～2.85m，平均厚度2.6m，矸石厚度约0.7m。将煤层分为两层，上层厚1.4m，下层厚0.5m。直接顶板为6.9m厚的细砂层，主要顶板为3.44m厚的细砂岩，直接底板为2.21m厚的砂质泥岩，主要底板为10.1m厚的细砂岩。

　　2 含煤矸石煤层巷道围岩塑性区分析

　　建立与工作面煤岩地层相似的UDEC数值模拟模式，对巷道开挖进行模拟。模型参数根据实验室测试的岩石力学参数选取，在顶部施加10MPa压力，以模拟地表下400m层的水平应力;左、右、下边界为位移边界。模型长130m、高50m。设计两种模拟方案:一种用煤矸石将煤层分成两层，上层厚度1.4m，下层厚度0.5m;另一种是煤层不含煤矸石。通过对两种方案变形破坏特征的对比分析，揭示沿空留巷围岩变形破坏特征，讨论坚硬煤矸石对巷道围岩稳定性的影响 (图1) 。

　　图1 沿空留巷围岩变形破坏及塑性区

　　由图1可以看出:含坚硬煤矸石煤层变形和塑性区比不含煤层变形和塑性区小，沿空巷道的实际变形较小;巷道开挖后，围岩的三维应力平衡被破坏，变为二维状态，并转化为新的平衡，从而引起围岩应力集中。在高应力煤层条件下，应力集中程度明显，底板变形塑性区较小。

　　3 锚杆控制原理及支护方案

　　3.1 支护原理

　　为实现对坚硬夹层巷道的有效控制，根据围岩结构特点，在揭示煤矸石在巷道围岩变形机理的基础上，提出锚栓穿越坚硬软弱岩层的控制方法，并对该方法进行试验: (1) 全长锚杆能迅速增大阻力，对围岩施加支护力，提高锚固力和内摩擦角，提高浅层巷道围岩强度，更好地利用其锚固力; (2) 锚杆穿过软、硬岩层，硬岩层拉紧软岩、阻断软岩，使整体岩层坚硬，抑制软岩地层的变形; (3) 预应力锚索可以传递较大的拉应力，以较高的预紧力控制顶板的早期脱离，并利用锚索的高强度使顶板潜在的易塌岩层悬浮在深部稳定岩层中，防止围岩变形。

　　3.2 支护方案

　　根据实际需要，沿空留巷断面为梯形，宽4.2m，窄煤柱墙高2.6m，综合煤墙高3.4m，截面积12.6m2。

　　图2 支护方案

　　根据巷道围岩结构特点，采用组合梁理论计算锚杆支护的关键参数，并采用数值模拟方法对其进行优化:顶、帮部螺栓规格为Φ22×240mm左旋高强度无纵肋螺纹钢螺栓，顶上有5颗间距750mm、排距800mm的螺栓，有4颗间距700mm、排距800mm的螺栓。固定在地板和地板上的锚夹角按40°设计，以控制地板的变形。采用Φ16钢梯梁和菱形钢丝网，间距1500mm、排距3000mm。支撑部分如图2所示。

　　4现场应用及效果

　　围岩变形曲线如图3所示。