高预应力支护系统及其在深部巷道中的应用

2015-7-8 16:10:54  来源:ca88手机版登录网页 浏览量(643次)

目的
  随着开采深度、广度和强度的不断增加,煤矿出现了大量复杂困难巷道。虽然高强度锚杆支护已成为煤矿巷道首选的支护方式,且在一般条件下取得了良好的支护效果,但对于深部及复杂困难巷道,高强度锚杆支护效果差,成本高,不能满足巷道支护要求。本文在研究深部及复杂困难巷道支护理论的基础上,开发高预应力、强力锚杆支护系统,以期为深部巷道提供有效的支护技术。
方法
  采用理论分析方法,研究深部巷道围岩变形特征、预应力锚杆支护的主要作用、锚杆预应力及其扩散对支护效果的作用、预应力锚杆支护系统的临界支护刚度和锚杆支护系统的延伸率等。在理论研究成果的引导下,开发高预应力、强力锚杆组合支护系统,包括强力锚杆、强力钢带及强力锚索系列材料。最后,进行深部巷道支护井下试验。采用有限差分数值模拟方法确定锚杆支护形式与参数。进行矿压监测与支护效果评价,验证支护理论的正确性与支护技术的有效性。
结果
  (1) 深部及复杂困难巷道锚杆支护的主要作用在于控制锚固区围岩离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等不连续的扩容变形,使围岩处于受压状态,抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的出现;合理的支护形式是:大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度,最大限度地保持围岩完整性,尽量减少围岩强度的降低;同时,支护系统应具有足够的延伸率,允许巷道围岩有较大的连续变形,使高应力得以释放。(2) 锚杆预应力及其扩散对支护效果起决定作用。根据巷道地质条件确定合理的预应力,并使其实现有效扩散是支护设计的关键。锚杆托板、钢带与金属网等护表构件在预应力支护系统中发挥极其重要的作用。(3) 开发出强力锚杆材料,屈服强度达到600 MPa,抗拉强度达到800 MPa,延伸率大于18%,锚杆预应力级别可超过100 kN;强力钢带拉断载荷达到500 kN以上;强力锚索直径达到22 mm,拉断载荷超过600 kN,延伸率达到7%,拉断载荷与延伸率分别比原来直径15.24 mm的钢绞线增加1.3,1.0倍。(4) 高预应力、强力锚杆支护系统在新汶矿区协庄矿千米深井巷道中得到应用,巷道围岩变形降低70%左右,顶板离层仅为原来的5%,巷道围岩完整、稳定,满足了煤矿安全生产的要求。
结论
  大幅度提高锚杆支护系统的初期支护刚度与强度,采用高预应力、强力支护系统可有效控制深部巷道围岩变形与破坏。提高顶板支护刚度与强度,可有效减小煤帮压力和底臌。深部及复杂困难巷道支护特性应该是“先刚后柔再刚、先抗后让再抗”。在深部巷道支护中应尽量一次支护就能有效控制围岩变形与破坏,避免二次支护和巷道维修。

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