不同厚度顶板破坏特征及锚杆支护技术分析.pdf
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1、机电工程自动化应用不同厚度顶板破坏特征及锚杆支护技术分析崔智宏(晋能控股集团轩岗煤电有限责任公司,山西州0 340 0 0)摘要:针对某煤矿巷道直接顶板在不同厚度下出现的挠曲破坏、整体冒落和拱形冒落等现象,分析顶板破坏特征与顶板厚度的关系,确定了不同破坏特征下的锚杆间排距参数与支护方案,对比管缝锚杆与玻璃钢锚杆支护效果。试验结果表明,采用玻璃钢锚杆进行支护,顶板最大沉降量为11mm,最大轴向拉力达到2 3kN,说明玻璃钢锚支护效果更好。关键词:直接顶板,破坏特征,锚杆支护中图分类号:TD353Failure Characteristics of Roof with Different Thic
2、kness and Analysis of Bolt Support TechnologyAbstract:In view of the phenomena of bending failure,overall collapse and arch collapse of the direct roof of a coal mineroadway under different thicknesses,the relationship between the roof failure characteristics and the roof thickness isanalyzed,and th
3、e row spacing parameters and support schemes of bolts under different failure characteristics are determined,and the support effects of pipe joint bolts and FRP bolts are compared.Through field tests,the results show that the maximumsettlement of the roof is 1l mm when the FRP bolts are used for sup
4、port,the maximum axial tension reaches 23 kN.Therefore,the effect of FRP anchor support is better.Key words:direct roof,failure characteristics,bolt support文献标识码:ACUI Zhihong(Jinneng Holding Group Xuangang Coal Power Co.,Ltd.,Xinzhou,Shanxi 034000,China)0引言某煤矿的井下巷道支护采用管缝锚杆支护,运输、通风、排水巷道以及变电碉室、避险碉室的支护
5、均使用锚网支护。直接顶板在岩体中为软弱结构面,煤矿的直接顶板厚度变化在0.9 9 7.9 9 m。随着煤矿的长期开采以及直接顶板的厚度变化,管缝锚杆出现了腐蚀失效的问题,支护作用变弱,锚固力的下降导致部分区域的支护无法作用,发生顶板挠曲破坏和破碎冒落的现象1。1不同厚度顶板破坏特征不同厚度的直接顶板的挠曲破坏及剪切破坏系数不同。图1为模型计算结果。图1(a)的变化曲线以顶板最大挠度与顶板厚度变化作为对照,由图1(a)可知挠曲破坏安全系数对顶板挠曲破坏的表征效果。当直接顶板厚度大于0.14m时,挠曲破坏安全系数和最大挠度的曲线逐渐稳定,前者为增幅,后者为减幅,均相对进入平缓阶段;当顶板厚度小于0
6、.14m时,ri1,挠曲破坏安全系数和最大挠度的曲线变化都出作者简介:崔智宏,男,19 9 1年生,助理工程师,研究方向为采矿工程。现了不稳定的现象。顶板发生挠曲破坏,顶板厚度减小,顶板最大挠度增加2。0.147顶板挠曲破坏安全系数650.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0顶板厚度/m(a)图1模型计算结果图1(b)呈现的是剪切破坏与冒落拱高度(冒落高度等于顶板厚度)的关系。由图1(b)可知,当顶板厚度在0.140.8m时,变化曲线出现了不稳定的现象,剪切破坏安全系数急剧下降,表明顶板出现了冒落型剪切破坏现象,冒落表现为整体冒落形式;当顶板厚度在0.8 m时,剪切破坏安全
7、系数处于最低值,冒落表现为拱形冒落;当顶板厚度大于0.8 m时,剪切破坏安全系数曲线开始缓慢上升。由压力拱理论可知,冒落拱高度即顶板厚度达到一定值,会产生自稳平衡拱,岩体不会发生冒落现象,冒落高度也会趋于平稳。图1(b)中顶板厚度大于0.8 m的曲线图表2023|16期/1591.41.2顶板挠曲破坏安全系类1.00.80.60.4顶板最大挠度0.20.01.5010.81.000.250.00.5 1.0152.02.53.03.5 4.04.55.05.56.04.8冒落拱高度/m(b)自动化应用机电工程明顶板出现冒落的概率不大。2锚杆支护参数及方案上述提到直接顶板在不同厚度下会出现挠曲破
8、坏、整体冒落和拱形冒落的现象,由于顶板的厚度与受力不同,这些现象的形成也不同,因此,应针对不同的破坏特征设计不同的锚杆支护方案。2.1锚杆长度计算锚杆的临界锚固长度是指岩体内锚杆锚固长度的极限值,锚杆的承载能力及支护作用会因长度值的改变而受到影响3。顶板的厚度变化会影响锚杆临界锚固长度。当顶板厚度小于0.3m时,临界锚固长度小于单一岩层的临界锚固长度计算结果;当顶板厚度固定在0.5m时,临界锚固长度大于单一岩层的临界锚固长度计算结果。锚杆长度是有极限值的,当顶板发生拱形冒落现象时,锚固长度不再增加,达到最大锚固长度。2.2锚杆间排距计算当顶板的破坏特征为挠曲破坏或整体冒落时,要根据悬吊理论确定
9、参数,因为锚杆支护会起到悬吊作用。当顶板的破坏特征是拱形冒落时,锚杆支护参数根据组合拱理论计算42.3锚杆支护方案优化挠曲破坏现象会使顶板发生不同程度的下沉变形,因为它有应力集中,应根据不同顶板厚度去锚入锚杆。通过在顶板薄弱处增加锚杆降低顶板压力,当顶板厚度在挠曲破坏临界厚度内时,可以减少锚杆,拉开间距,在保证安全的同时节约成本。当顶板的破坏特征是整体冒落时,要避免剪切破坏的发生,将锚杆与岩壁呈一定角度锚人,提供一定程度的抗剪力。当巷道断面呈现梯形时,锚杆要根据冒落拱的拱弧线垂直锚人。3效果分析某煤矿拟采用玻璃钢锚杆进行支护。支护系统为巷道作业时提供了安全保障,因此,为了延长支护的使用年限,该
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