巷道围岩破坏不稳定区域线体形状与范围的探讨及锚杆(索)在支护中的作用

巷道围岩破坏不稳定区域线体形状与范围 的探讨及锚杆 索 在支护中的作用 段金红 李娇龙 华亭煤业集团新窑矿 甘肃 新窑 摘要 探讨巷道围岩的破坏不稳定区域线形状与范围 巷道顶板破坏 与帮的破坏之间的关系 以及锚杆 索 再不稳定区域的支护作用 关键字 围岩破坏 帮 顶关系 范围与区域线形状 锚杆 索 作用 The surrounding rock damage stability region line body shape and range of discussion and anchor cable in the support in the role DUANDUAN Jin hong LIJin hong LI Jiao longJiao long Huating coal group Co LTD The xinyao mine in gansu new kiln Abstract discusses the destruction of the surrounding rock unsteady region line shapes and scope of roof damage and help of the relationship between the failure and anchor cable don t stable region of the supporting role Key word rock destruction Help the top relationship Range and regional line shapes Anchor cable role 一 巷道掘进过程中的围岩破坏过程 一 巷道掘进过程中的围岩破坏过程 巷道开挖后 在压力作用下围岩会产生一个破坏不稳定区域并 且在不稳定区域内煤 岩 体的抗拉强度远小于其抗压强度 巷道 顶板表面最先受到拉应力 使巷道顶板产生走向基本平行于巷道开 挖的延伸方向并向围岩深部发展的裂缝 初步使巷道顶板从一个整 体变成两个或两个以上的大块体 此时大块体在围岩压力作用下的 接茬处会有一个力矩的作用使大块体处于一种咬合状态 使其具有 承载围岩压力的能力 并经过一段时间后 顶板两块体在顶板压力 风化 较发育的节理等其他不利因素作用下会继续破碎 直到失去 承载能力变成破碎的小块体掉落 煤 岩 块体的咬合使其具有承 载巷道周围压力的作用 所以巷道的破坏不稳定是有一定范围的 不时无限的破坏下去 一般情况下 顶板与巷帮的破坏是一个相互作用 相辅相成的 过程 顶板的破坏会加速 加深开挖后的巷帮的破坏 巷帮破坏后 相当于扩大了原开挖巷道的宽度 又会二次使顶板破坏范围向更深 更宽处发展 这样循环往复 最终会在一定范围内形成一个类球形 态稳定下来不在继续向深部破坏 二 巷道开挖后围岩二 巷道开挖后围岩 煤煤 破坏不稳定区域线形状破坏不稳定区域线形状 巷道开挖后顶板的不稳定区域线形状如图 1 所示 由于巷道帮 部也会产生破坏如图 2 所示 巷道帮部的破坏相当于增加了巷道的 宽度 此时巷道的破坏区域线形状与不稳定范围就扩大变成如图 3 所示 如果帮部支护不牢固 破坏深度加深时 巷道的整体破坏就 会进一步加深 巷道在不支护的情况下破坏不稳定不是无限的 最 终将会在一定破坏深度后顶板以似锅底形状为极限稳定下来 不在 破坏 此时的巷道整体破坏不稳定极限范围及区域线形状如图 4 所示 图1 顶板不稳定范围 巷帮不稳定范围 图2 图4图3 扩大的整体不稳定范围扩大的整体不稳定范围 极限整体不稳定范围 三 巷道围岩破坏范围三 巷道围岩破坏范围 顶部的破坏与巷道的宽度 W 岩体的抗拉强度 岩体所承受的 压力 P 有关 参考自稳隐形拱理论计算公式 巷道帮部支护完好时顶板不稳定高度巷道帮部支护完好时顶板不稳定高度 1 WKHz 巷道顶板的不稳定高度 z H 巷道的宽度 W KK 2 124 3 P P 巷道顶板垂直地压 MPa P 煤 岩 体抗拉强度 MPa 2 巷道在顶 帮都受到破坏时巷道顶板最大不稳定高度巷道在顶 帮都受到破坏时巷道顶板最大不稳定高度 2 K H WH W jz 2 巷道最大不稳定高度 jz H 巷道高度 W H 巷道为平顶巷道时可直接采用公式 1 2 进行巷道不稳定 高度计算 当巷道为弧行 半圆拱巷道时不稳定范围计算公式为 巷道帮部支护完好时顶板不稳定高度巷道帮部支护完好时顶板不稳定高度 1 HWKHz 巷道弧形 半圆高度 1 H 巷道在顶 帮都受到破坏时巷道顶板最大不稳定高度巷道在顶 帮都受到破坏时巷道顶板最大不稳定高度 1 2 2 H H K H WH WW jz 巷道帮部破坏范围巷道帮部破坏范围 22 6 2 1 W H W 巷道帮破坏深度 1 W 五 锚杆 锚索在巷道支护中的作用五 锚杆 锚索在巷道支护中的作用 1 1 消除极限不稳定范围 消除极限不稳定范围 巷道帮部破坏会扩大巷道整体不稳定范围如图 4 所示 巷道帮 部用锚杆支护可以缩小巷道整体不稳定范围 消除极限不稳定范围 最理想的效果如图 1 所示 2 2 缩小不稳定范围 缩小不稳定范围 巷道顶板采用锚网索支护可以缩小巷道不稳定范围 如图 5 所 示 图5 3 3 改善巷道的受力环境 改善巷道的受力环境 巷道开挖后 在不支护条件下巷道开挖空间始终使围岩存在弱 面 达不到三向受力状态 巷道顶板破碎煤 岩 体将会发生失稳 性扭转破坏 采用锚网索支护可以对巷道的弱面起到加强作用 提 高围岩自身的强度 增加煤 岩 体间的摩擦力 进而提高围岩的 承载能力 4 4 悬吊作用 悬吊作用 巷道开挖后 顶板表面煤 岩 体会掉落并且不具有承载压力 的能力 在锚网索的联合支护作用下可以将顶板表面煤 岩 悬吊 在巷道表面 不会使掉落伤人 5 5 阻止煤 岩 体发生水平方向移动 阻止煤 岩 体发生水平方向移动 当巷道受水平方向力较大时 锚杆属于刚性材料 可以阻止巷 道围岩水平方向移动 减小水平方向围岩移动量 六 新窑煤矿六 新窑煤矿 45024502 开切眼掘进与支护设计 开切眼掘进与支护设计 新窑煤矿 4503 回风巷布置在井下标高 891 937m 水平 相对 地面标高 1375 1330 煤层平均倾角为 13 沿煤层地板布置 坡 度 0 52 4 27 东与回风 轨道 运输下山相联 上部为 4502 工作面隔离煤柱 下部未受采动影响 本巷煤层顶板多为泥岩 砂质泥岩或粉砂岩 平均厚度 3 36m 底板多以薄层泥质砂岩或泥岩为主 平均厚度 3 44m 巷道断面如图所示 100 100 4503回风巷断面图 550 4100 2800 3450 巷道顶板为微弧拱型 巷道掘宽 4 1m 掘高 3 45m 墙高 2 8m 计算得出 1 22m 22 6 2 1 W H W 2 4m 1 HWKHz 4 15m 1 2 HK H WH W jz 锚索伸入围岩 煤 不稳定范围外的长度至少为 1 5m 根据计算结果及地质信息设计支护方式 巷道下帮比较接近煤层顶板 煤层平均倾角为 130 煤层间粘结 力较小 如图 6 示 巷道下帮 巷道上帮 13 图6 巷道支护方式确定 巷道名 称 巷道部 位 使用的支护材料 上帮 20 2000mm 左旋无纵肋螺纹钢锚杆 金属网 钢 带 下帮 20 2000mm 左旋无纵肋螺纹钢锚杆 17 8 4500mm 锚索 金属网 钢带 4503 回 风巷 顶板 20 2000mm 左旋无纵肋螺纹钢锚杆 17 8 4500mm 锚索 17 8