陷落柱影响区软岩巷道加固段长度及其底鼓控制研究
发布时间：2020-02-14 04:32
【摘要】：我国很多煤矿巷道受到临近陷落柱或地质构造影响.针对常村煤矿陷落柱附近-470南翼辅助运输巷底鼓严重的问题,根据弹塑性理论和Hoek-Brown准则,建立了陷落柱周围塑性破坏区力学模型,推导出陷落柱影响区巷道加固段长度计算公式.基于X射线衍射实验和朗肯土压力理论分析了陷落柱区巷道底鼓机理,提出了"适当加密锚杆+大直径高强锚索+钢筋网喷层+滞后高压注浆"的锚网喷注综合控制方案,并对其支护机理进行分析.工程实践表明,加固段长度的理论计算误差约为9.3%,巷道加强支护后底鼓量比原方案大约减小了70%~75%,实现了陷落柱影响区大断面膨胀性软岩巷道底鼓的有效控制.
【图文】：
第１期左建平等：陷落柱影响区软岩巷道加固段长度及其底鼓控制研究ｔｉｏｎｓｏｆｔｒｏｃｋｒｏａｄｗａｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｃｏｌｌａｐｓｅｃｏｌｕｍｎｃａｎｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｌｌａｐｓｅｃｏｌｕｍｎｓ；ｅｘｐａｎｓｉｖｅｓｏｆｔｒｏｃｋ；ｆｌｏｏｒｈｅａｖｅ；Ｘ－Ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ；Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎｃｒｉｔｅｒｉｏｎ；ｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｌｅｎｇｔｈ岩溶陷落柱在我国华北矿区普遍发育，其周围应力环境复杂，导致煤岩体力学性质恶化，形成塑性破坏区［１－２］．由于陷落柱孤立存在、隐蔽性强、空间形态不规则，且受矿井早期地质资料的局限，掘巷过程中穿过陷落柱周围破坏区时常发生，此时巷道围岩变形量大、底鼓严重、支护困难，尤其是在大断面巷道显得更为突出，这严重阻碍了煤矿安全高效生产［３－４］．近年来，我国学者在陷落柱塑性破坏区范围、导突水机理以及软岩巷道底鼓控制等方面进行了较为深入的研究，并取得了一定的研究成果．其中，文献［２］建立了陷落柱围岩应力“厚筒壁四区”模型，计算出陷落柱塑性区范围；文献［５］运用复变函数和弹塑性力学，推导出椭圆形截面陷落柱突水模式临界判据；文献［６］运用薄板理论和极限平衡法得出了溶洞顶板分离体塌陷的判据；文献［７］推导出陷落柱孔隙率演化方程，得到陷落柱内孔隙率与渗流速度分布规律；文献［８］分析了挤压流动性、挠曲褶皱性、剪切错动性、遇水膨胀性４种类型底鼓机理及其影响因素；文献［９］对破碎软岩巷道提出了“高强锚杆密集支护、新型喷层结
的关键．２．１陷落柱影响区巷道加固段长度力学模型由于常村煤矿陷落柱ＫＸ５６近似呈圆形，陷落角７５°～８０°，为能够计算出其解析精确解，使复杂问题简单化，故将陷落柱看作一个仅受自重的圆柱体，则在距陷落柱顶Δｈ位置的应力为σｒ＝σθ＝λγΔｈ，σｚ＝γΔｈ，（１）式中：σｒ，σθ，σｚ分别为径向、切向、垂直应力，ＭＰａ；γ为岩石容重，ｋＮ／ｍ３；λ为侧压系数．取陷落柱任意水平截面，这样转化为平面应变问题，，如图２所示．图２陷落柱塑性区半径力学模型Ｆｉｇ．２Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｃｏｌｌａｐｓｅｃｏｌｕｍｎｐｌａｓｔｉｃｚｏｎｅｒａｄｉｕｓ假设水平方向应力相等，由Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ准则知，径向应力σｒ和切向应力σθ满足平衡方程［１２］σθ－σｒ＝ｍσｒσｃ＋ｓσ２i幔悖ǎ玻洇遥颍洌颍姚龋遥颍颍剑埃ǎ常┝⑹剑ǎ玻ǎ常┙獾忙遥颍剑恙遥悖ǎ欤睿颍茫保玻矗螃遥悖恚ǎ矗┦街校海砦沂碛渤潭龋唬笪沂暾潭龋沪遥阄ブ峥寡骨慷龋停校幔呓缣跫海颍剑颍埃遥颍溅甩忙ぃ瑁胧剑ǎ玻ǎ矗┑镁断颉⑶邢蛴αΦ谋泶锸溅遥颍剑保矗恙遥悖欤睿颍颍ǎ埃玻保玻恙遥悖欤睿颍颍唉危甩忙ぃ瑁ǎ担│姚龋剑保矗恙遥悖欤睿颍颍ǎ埃玻保玻恙遥悖欤睿颍颍唉危甩忙ぃ瑁恙遥悖保
本文编号：2579378
【图文】：
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的关键．２．１陷落柱影响区巷道加固段长度力学模型由于常村煤矿陷落柱ＫＸ５６近似呈圆形，陷落角７５°～８０°，为能够计算出其解析精确解，使复杂问题简单化，故将陷落柱看作一个仅受自重的圆柱体，则在距陷落柱顶Δｈ位置的应力为σｒ＝σθ＝λγΔｈ，σｚ＝γΔｈ，（１）式中：σｒ，σθ，σｚ分别为径向、切向、垂直应力，ＭＰａ；γ为岩石容重，ｋＮ／ｍ３；λ为侧压系数．取陷落柱任意水平截面，这样转化为平面应变问题，，如图２所示．图２陷落柱塑性区半径力学模型Ｆｉｇ．２Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｃｏｌｌａｐｓｅｃｏｌｕｍｎｐｌａｓｔｉｃｚｏｎｅｒａｄｉｕｓ假设水平方向应力相等，由Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ准则知，径向应力σｒ和切向应力σθ满足平衡方程［１２］σθ－σｒ＝ｍσｒσｃ＋ｓσ２i幔悖ǎ玻洇遥颍洌颍姚龋遥颍颍剑埃ǎ常┝⑹剑ǎ玻ǎ常┙獾忙遥颍剑恙遥悖ǎ欤睿颍茫保玻矗螃遥悖恚ǎ矗┦街校海砦沂碛渤潭龋唬笪沂暾潭龋沪遥阄ブ峥寡骨慷龋停校幔呓缣跫海颍剑颍埃遥颍溅甩忙ぃ瑁胧剑ǎ玻ǎ矗┑镁断颉⑶邢蛴αΦ谋泶锸溅遥颍剑保矗恙遥悖欤睿颍颍ǎ埃玻保玻恙遥悖欤睿颍颍唉危甩忙ぃ瑁ǎ担│姚龋剑保矗恙遥悖欤睿颍颍ǎ埃玻保玻恙遥悖欤睿颍颍唉危甩忙ぃ瑁恙遥悖保
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