高应力巷道钻孔卸压机理及让压支护技术研究

发布时间：2020-04-25 18:23

【摘要】：随着煤炭资源的开采深度不断增加,煤岩体力学性质发生了巨大变化,巷道围岩控制变得愈加困难。不仅如此,许多深部巷道在高地应力与工作面采动的叠加影响下围岩应力环境会进一步劣化,解决高应力巷道围岩持续大变形问题刻不容缓。本文以东庞矿深部水平11采区轨道巷为研究对象,综合采用数值模拟、理论计算和室内实验等方法,围绕围岩应力转移和巷道大变形控制展开研究,提出了预留变形空间的“卸压+让压”联合控制技术并成功应用于现场。论文主要研究内容如下:(1)根据11采区轨道巷工程地质条件与变形破坏特征,采用数值模拟的方法,研究了不同扰动下巷道围岩的应力分布特征和演化规律,分析了不同层位关系下的巷帮围岩垂直应力分布特点;分析了不同扰动、不同停采线位置对11采区轨道巷围岩变形的影响程度,以及巷道不同部位浅部围岩变形规律,探讨了导致支护构件破断失效的原因。(2)从改善围岩应力环境的角度出发,提出采用巷内钻孔卸压技术转移巷道浅部围岩高应力。根据弹性力学理论对钻孔周围应力分布规律进行了分析,推导了侧压系数不为1情况下钻孔卸压区分布半径解析式;结合理论分析与现场观测结果,确定了卸压方位和卸压时机;采用数值计算的方法,结合钻孔卸压效果综合评价指标(应力峰值、应力峰值位置、原峰值位置垂直应力与相邻孔间应力峰值特征),确定了卸压钻孔关键参数(长度、间距、排距和直径)的合理取值范围。(3)分析了让压锚杆系统的结构与功能特点,及其让压作用的实现方式。通过对不同类型让压管进行单轴载荷试验,得到了单让压管、双让压管、高强双让压管的载荷—变形曲线,分析了其各阶段的力学特征,得到了不同类型让压管让压点、最大让压行程、让压稳定系数等性能参数,并结合试验巷道工程实际,选择了合理规格的让压管构件。(4)基于理论分析和数值模拟的研究结果,提出了预留变形空间的“卸压+让压”联合控制技术,明确了施工工艺流程并将其应用于工业性试验。通过对试验巷道围岩变形量和锚杆轴力进行监测,分析了轨道巷围岩控制效果与矿压显现规律,现场观测结果表明该联合控制技术能够较好地实现高应力巷道围岩稳定性控制。
【图文】：

锚杆,预应力,让压支护

图 1-4 预应力让压锚杆Figure 1-4 Prestressed yielding bolt多学者对让压支护技术已经展开了深入研究，应用范工程行业中。连传杰等[64-65]基于让压锚杆结构和力有限元计算模型，，分析了围岩应力分布、位移特征和压锚杆性能参数和设计参数对锚杆支护效果的影响法分别对不同类型的锚杆进行了拉拔试验并进行对杆的轴力分布特征。刘立民等[67-68]针对让压锚杆开展试验，提出预应力耦合让压支护体系控制方案，解决控制问题。符星星[69]根据让压构件与锚索索体受力锚索支护体系以及三种让压构件与锚索的耦合作用同让压构件的材料性质和特征参数对让压支护效果]针对深部软弱围岩巷道持续大变形的工程特点，提帮进行让压支护、底板开槽配合注浆进行卸压支护为术，在高强支护的同时，实现了全断面的让压调整。

锚杆,大变形,让压支护

国内外许多学者对让压支护技术已经展开了深入研究，应用范围也从煤其他岩土工程行业中。连传杰等[64-65]基于让压锚杆结构和力学模型，建让压锚杆有限元计算模型，分析了围岩应力分布、位移特征和锚杆载预应力让压锚杆性能参数和设计参数对锚杆支护效果的影响。朱彦[6计算的方法分别对不同类型的锚杆进行了拉拔试验并进行对比，分析了与普通锚杆的轴力分布特征。刘立民等[67-68]针对让压锚杆开展了让压性现场拉拔试验，提出预应力耦合让压支护体系控制方案，解决了不同类岩稳定性控制问题。符星星[69]根据让压构件与锚索索体受力状态的差四种让压锚索支护体系以及三种让压构件与锚索的耦合作用模式，并在分析了不同让压构件的材料性质和特征参数对让压支护效果的影响。陈辉等[70]针对深部软弱围岩巷道持续大变形的工程特点，提出以高预锚索对顶帮进行让压支护、底板开槽配合注浆进行卸压支护为核心的卸调控制技术，在高强支护的同时，实现了全断面的让压调整。单仁亮等量分析法，推导了让压锚杆不同阶段的能量本构方程和系统能量方程杆数量、预留空间和锚杆支护参数的理论确定公式。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD353

【参考文献】