巷道圍巖離層下錨桿荷載傳遞機(jī)理及支護(hù)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及大型機(jī)械設(shè)備的廣泛使用，為滿足生產(chǎn)運(yùn)輸要求，煤礦巷道斷面尺寸隨之不斷增大。由于煤礦巷道頂板多為層狀沉積巖，巷道尺寸增大會使圍巖產(chǎn)生較大變形，在頂板處易產(chǎn)生離層，由此引發(fā)的巷道支護(hù)問題亟待解決。傳統(tǒng)的支護(hù)設(shè)計(jì)方法均將圍巖視為連續(xù)均質(zhì)介質(zhì)，未考慮離層的不利影響，本文在分析和總結(jié)現(xiàn)有錨固支護(hù)理論、錨固界面力學(xué)機(jī)理研究現(xiàn)狀及存在問題的基礎(chǔ)上，考慮錨固支護(hù)巖體的復(fù)雜性，特別是層狀巖體中巷道開挖引發(fā)的離層對錨桿荷載傳遞

2、規(guī)律的影響，利用理論分析、現(xiàn)場試驗(yàn)及數(shù)值模擬等方法，開展了以下幾方面的研究。
　　基于離層的產(chǎn)生機(jī)理對離層進(jìn)行分類，分析巷道離層型頂板的特征，給出離層位置和離層值的理論估算方法及試驗(yàn)確定方法。根據(jù)檸條塔N1205工作面地質(zhì)條件，對離層位置及離層值大小進(jìn)行綜合判斷，為考慮離層條件下的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。
　　分析離層作用下的錨桿荷載傳遞機(jī)理，基于剪切滑移模型，分別建立單離層條件下垂直錨桿和傾斜錨桿，以及多離層條件下錨桿荷載傳

3、遞的彈塑性力學(xué)模型，得出離層作用下錨桿應(yīng)力分布的表達(dá)式，總結(jié)出離層發(fā)展過程中錨桿荷載的變化規(guī)律，并對不同離層值、離層位置、錨桿與離層夾角等參數(shù)影響下的錨桿受力特性做系統(tǒng)分析。
　　設(shè)計(jì)室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究離層對錨桿的荷載作用，得出巖體裂縫擴(kuò)展過程中錨桿的應(yīng)力分布規(guī)律及裂縫張開量值與桿體荷載的關(guān)系，將試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算值進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證理論模型的正確性及適用性。運(yùn)用二維離散元軟件對非均質(zhì)巖體中錨桿的受力狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬，并對影響參數(shù)

4、進(jìn)行規(guī)律性分析。
　　分別建立考慮離層影響的全長粘結(jié)型錨桿以及局部錨固錨桿的力學(xué)模型，對系統(tǒng)錨桿進(jìn)行受力分析，綜合理論計(jì)算和數(shù)值模擬結(jié)果，分析獲得離層巖體中錨桿的荷載分布規(guī)律。通過系統(tǒng)錨桿荷載求解，對已有的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行安全性評價(jià)，并為含有離層情況的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　將研究成果應(yīng)用于陜北檸條塔煤礦N1205工作面膠運(yùn)順槽支護(hù)設(shè)計(jì)中，對比傳統(tǒng)的支護(hù)設(shè)計(jì)方法，發(fā)現(xiàn)考慮離層影響后的錨桿荷載超過承載力設(shè)計(jì)值，原有的支