煤巷锚杆合理支护应力试验研究

发布时间：2019-09-04 16:51

【摘要】：本文以何家塔煤矿50105回风巷为工程背景,在目前埋深地应力基础上,根据煤矿井下地应力分布规律,假设200m、600m和1000m埋深地应力,分别代表浅部、中部和深部三级埋深。采用物理模拟、数值模拟和真三轴试验相结合的方法,对上述不同埋深地应力下煤巷锚杆合理支护应力进行了研究,并为煤巷锚杆支护提出建议。取得如下研究成果:(1)采用物理模拟方法,制作由不同弹性模量软硬分层组成的试块,监测各分层在轴向加载、四周约束条件下的内部应力场。试验表明,应力场分布与弹模近似成正比,并基于该规律,由上述假设的不同埋深岩层地应力推算出煤层地应力。(2)采用数值模拟方法研究了上述不同埋深地应力下煤巷在开挖过程巷帮浅部围岩主应力演化规律。数值模拟表明,不同埋深地应力水平下煤巷开挖过程的最大、中间和最小主应力变化趋势相近,最大主应力均是先减小后增加至稳定,中间主应力和最小主应力先减小后稳定。(3)对150mm× 150mm× 150mm尺寸煤样进行真三轴加载+卸围压+恢复围压应力路径试验,模拟煤巷未开挖-开挖-支护过程,研究煤巷锚杆合理支护应力。其中,初始围压为物理模拟研究确定的煤层地应力,卸围压的应力路径为数值模拟研究的煤巷开挖时巷帮浅部围岩主应力演化路径。试验表明,在煤样临界破坏时立即恢复围压,内部破裂得到明显抑制,煤样变形稳定,但当低于一定的围压值时,煤样就会立即失稳破坏,工程上可说明煤巷存在锚杆合理支护应力,当高于该值时,巷道稳定,低于该值时,巷道失稳破坏。(4)煤样在破坏时的峰值强度对应工程中采掘活动引起的集中应力,其与自重应力γH的比值为应力集中系数α。对于200m浅埋深煤巷,应力集中系数α为6.14时,锚杆合理支护应力为0-0.1MPa;对于600m中等埋深煤巷,应力集中系数α为3.13时,锚杆合理支护应力为0.1MPa左右;对于1000m大埋深煤巷,应力集中系数α为2时,锚杆合理支护应力为0.1-0.2MPa。(5)对于200m浅埋深煤巷,建议提供0-0.1MPa锚杆支护应力;对于600m中等埋深煤巷,建议提供0.1MPa左右锚杆支护应力;对于1000m大埋深煤巷,建议提供0.1-0.2MPa锚杆支护应力。
【图文】：

＾逦Ｔ逡逑图１．１相似模型及试件示意图逦图１．２不同锚杆预应力应变变化曲线逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｉｍｉｌａｒ邋ｍｏｄｅｌ邋ａｎｄ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｂｏｌｔ逡逑２）不同长度锚杆加固范围如图１．３所示，大致呈上窄下宽的鸭梨状，但预逡逑应力数值几乎对其没有影响。最宽处位于鸭梨形的中部偏下位置，其宽度约为锚逡逑杆长度的二分之一。加固范围与锚杆长度的比值随锚杆长度增加而减少。逡逑０．２５逦０．５邋ｆ邋＇逦０．邋５逦ｒ邋Ｌ逦０．２５逦０．５逡逑０．２５逦０．２５逡逑°－５０逦0．0逦0．５０逡逑°－邋７５逦０．邋７５逡逑°－°逦0？0逦Ｔｏ逡逑ｆ逦Ｔ逦１逡逑（ａ）邋Ｌ＝８０逦（ｂ）邋Ｌ＝１２０逦（ｃ）邋Ｌ＝１６０逡逑图１．３不同长度锚杆锚固范围示意图（顾金才等，１９９０）逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｓｋｅｔｃｈｅｓ邋ｏｆ邋ｂｏｌｔｉｎｇ邋ｒａｎｇｅ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｂｏｌｔｓ（Ｊ．Ｃ．邋Ｇｕ邋ｅｔｃ，邋１９９０）逡逑李铀等［３１］采用相似模拟方法，在实验室建立大型相似模型来研究预应力锚逡逑索加固机理。模型是由混凝土材料制作的３．２邋ｍｘｌ．３ｍｘｌ．３邋ｍ长方体，混凝土材逡逑料弹性模量约为２６ＧＰａ。锚索是由１ｘ６结构的钢绞线加工制成，弹性模量约为逡逑１９０ＧＰａ。采用硅酸盐水泥进行锚固

０．２５逦０．５邋ｆ邋＇逦０．邋５逦ｒ邋Ｌ逦０．２５逦０．５逡逑５逦０．２５逡逑０逦0．0逦0．５０逡逑５逦０．邋７５逡逑逦0？0逦Ｔｏ逡逑Ｔ逦１逡逑）邋Ｌ＝８０逦（ｂ）邋Ｌ＝１２０逦（ｃ）邋Ｌ＝１６０逡逑图１．３不同长度锚杆锚固范围示意图（顾金才等，１９９０）逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｓｋｅｔｃｈｅｓ邋ｏｆ邋ｂｏｌｔｉｎｇ邋ｒａｎｇｅ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｂｏｌｔｓ（Ｊ．Ｃ．邋Ｇｕ邋ｅｔｃ，邋１９９０）逡逑等［３１］采用相似模拟方法，在实验室建立大型相似模型来研究理。模型是由混凝土材料制作的３．２邋ｍｘｌ．３ｍｘｌ．３邋ｍ长方体，量约为２６ＧＰａ。锚索是由１ｘ６结构的钢绞线加工制成，弹性采用硅酸盐水泥进行锚固，测量仪器为应变片和位移计，其质岩体内部应变，，位移计测量锚索变形。测量仪器布置如图１．Ｉ邋ｉ邋Ｉ逡逑
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD353.6

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张保国,李沛涛,陈晓国,张银海,唐娜新;混合投注截堵大流量过水煤巷机理与实践[J];中州煤炭;2004年05期

2 孔凡虎;;三角模糊数层次分析法在煤巷布置评估的应用[J];山东煤炭科技;2011年04期

3 申国奎;谷文元;;南村隧道与挖煤巷道交会处理技术[J];市政技术;2012年02期

4 周英，刘吉昌;煤巷玻璃钢支架设计与试验研究[J];焦作工学院学报;1996年01期

5 靳一民,徐基根;煤巷锚梁支护技术的应用[J];矿山压力与顶板管理;2004年02期

6 赵从国;;矩形煤巷耦合支护设计方法[J];煤炭科技;2011年02期

7 周英,刘吉昌;煤巷玻璃钢支架设计与试验[J];矿山压力与顶板管理;1996年03期

8 杨东岳,苗素军;全煤巷开拓布置的认识与改进[J];山东煤炭科技;2000年S1期

9 王志清,万世文;漳村矿高产高效矿井全煤巷开拓布置系统[J];煤炭科学技术;2003年07期

10 李伟;李峰;;煤巷快速施工成套设备与工艺技术研究[J];中国煤炭;2007年03期

相关会议论文 前10条

1 刘东才;刘天习;裴印昌;;煤巷锚固梁最佳构筑原则的探讨[A];21世纪高效集约化矿井学术研讨会论文集[C];2001年

2 刘东才;;煤巷锚固梁最佳构筑原则的探讨[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（下册）[C];2001年

3 许学军;黄治江;裘世军;;深井煤巷锚带网支护技术应用[A];全国矿山建设学术会议论文选集（下册）[C];2003年

4 郑广慧;王玉堂;;煤矿在煤巷施工过程预断层矸石的处理方法及应用[A];2014年全国科技工作会议论文集[C];2014年

5 汪吉先;;煤巷锚索网支护中断锚断索的技术控制[A];全国矿山建设学术会议论文选集（下册）[C];2003年

6 李勇;代晓东;;悬吊棱镜法在煤巷测量中的应用[A];全国“三下”采煤学术会议论文集[C];2008年

7 严红;何富连;徐腾飞;蒋红军;高升;;高应力大断面煤巷锚杆索桁架系统试验研究[A];第3届全国工程安全与防护学术会议论文集[C];2012年

8 任勇杰;;深部煤巷围岩变形控制技术浅析[A];煤炭开采新理论与新技术——中国煤炭学会开采专业委员会2007年学术年会论文集[C];2007年

9 林锦裘;;煤巷综掘过断层破坏分析及支护措施改进[A];中国煤炭学会成立五十周年系列文集2012年全国矿山建设学术会议专刊（上）[C];2012年

10 赵金明;张玉明;刘鹏;;困难条件下的煤巷锚杆控顶技术[A];2003年度优秀学术论文集——煤矿先进生产技术交流会论文集[C];2003年

相关重要报纸文章 前4条

1 本报记者 丁继民 通讯员 毛开亮 周晓拢;靠人才和科技护卫安全[N];中国安全生产报;2009年

2 刘晓东　本报记者 黄琳;国内首台全断面煤巷高效掘进机下线[N];辽宁日报;2014年

3 梁勇;祁东矿：质量标准化引领进尺大提速[N];经理日报;2009年

4 王建;东滩矿：科技创新打造安全堡垒[N];经理日报;2009年

相关博士学位论文 前6条

1 杨博维;回采动压下泥质复合顶板煤巷破坏机理及耦合控制研究[D];辽宁工程技术大学;2015年

2 李崇山;煤巷自燃非线性流固热耦合研究[D];山东科技大学;2004年

3 张召千;大断面煤巷围岩稳定性控制及动态评价体系研究[D];太原理工大学;2010年

4 张飞燕;高应力高突区域煤巷快速掘进灾害防治技术研究[D];武汉理工大学;2010年

5 尹t熡

本文编号：2531872