1、煤巷強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)理論與技術(shù),巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)2016年“陳宗基講座” 暨層狀邊坡災(zāi)變理論及控穩(wěn)技術(shù)專題研討會(huì),單仁亮 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2016.11.5 武漢,報(bào) 告 提 綱,2,1 問(wèn)題的提出 2 無(wú)支護(hù)煤巷變形破壞機(jī)制 3 強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)技術(shù)研究 4 工程應(yīng)用 5 結(jié)論 6 結(jié)語(yǔ),3,1 問(wèn)題的提出,出于安全考慮，并且為了能夠充分發(fā)揮錨桿的主動(dòng)支護(hù)作用，二十多年來(lái)，我國(guó)煤巷支護(hù)一直在追求：高強(qiáng)度、高剛度、高預(yù)應(yīng)力。煤炭行業(yè)長(zhǎng)期以頂板為中心，定期不定期召開(kāi)不同規(guī)模的頂板支護(hù)與管理工作會(huì)議。 煤巷幫部煤巖體強(qiáng)度和變形模量普遍低于頂?shù)装鍘r體，存在幫部薄弱體，在開(kāi)挖影響和應(yīng)力作用下，煤巷幫部

2、較早出現(xiàn)極限平衡區(qū)并產(chǎn)生較大變形。,4,1 問(wèn)題的提出,因此，采用多種研究方法對(duì)煤巷支護(hù)深入研究，提出了強(qiáng)幫強(qiáng)角煤巷錨桿支護(hù)方法，已獲得國(guó)家發(fā)明專利；提出了強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)技術(shù)，已成功應(yīng)用于西山礦區(qū)和汾西礦區(qū)煤巷支護(hù)。,5,2.1 理論分析,2 無(wú)支護(hù)煤巷變形破壞機(jī)制,圖2.1 幫部薄弱體破壞示意圖,（1） 幫部薄弱體壓剪破壞 靜態(tài)荷載作用下，煤的實(shí)質(zhì)破壞形式主要分為壓剪破壞和拉伸破壞。在煤巷開(kāi)挖之后，幫部薄弱體在煤巷圍巖壓力的作用下，大部分會(huì)由于壓剪破壞原因而形成剪切面。,6,（1） 幫部薄弱體壓剪破壞 幫部薄弱體壓剪破壞符合莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則。其破壞由三以下方面引起： 開(kāi)挖卸載 應(yīng)力集中 材料

3、強(qiáng)度降低,2.1 理論分析,7,半徑：,圓心坐標(biāo)：,圖2.2 幫部各階段莫爾圓,2.1 理論分析,8,（2）幫部薄弱體交界面滑移破壞 幫部薄弱體交界面滑移破壞，符合莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則： 幫部薄弱體發(fā)生壓剪破壞，承載能力降低， 變小，交界面極限剪力強(qiáng)度隨之降低，致使界面滑移破壞發(fā)生，幫部更破碎。可見(jiàn)，幫部薄弱體壓剪破壞與界面滑移破壞相互加劇，導(dǎo)致幫部失穩(wěn)。,2.1 理論分析,9,2.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì),圖2.4 試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D,（1）試驗(yàn)?zāi)Ｐ?2.2 模型試驗(yàn),圖2.3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ团_(tái),10,圖2.5 澆筑模型,（2）相似材料,2.2 模型試驗(yàn),表2.1 模型材料用量表,試驗(yàn)煤巖體采用自行研發(fā)設(shè)計(jì)的模擬材

4、料（河砂、水泥、高強(qiáng)石膏、檸檬酸、水）進(jìn)行模擬，進(jìn)行配比實(shí)驗(yàn)并確定了模擬砂質(zhì)泥巖、煤層和砂質(zhì)頁(yè)巖的配比值，各層模型材料的用量如表2.1所示。,11,圖2.6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖,（3）模型監(jiān)測(cè),2.2 模型試驗(yàn),為了監(jiān)測(cè)應(yīng)力，在巷道頂板布置1#、2#、3#共3個(gè)壓力盒，間距為40mm，在幫部布置4#、5#、6#共3個(gè)壓力盒，間距為40mm，在底板布置1個(gè)壓力盒，編號(hào)為7#。為了監(jiān)測(cè)圍巖表面位移，在巷道頂?shù)装濉筒坎贾梦灰票O(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖2.6所示。,12,（4）模型加載,2.2 模型試驗(yàn),模型采用頂部逐級(jí)加載方式，最大加載力為36.4KN，幫部承壓面積為0.084m2，形成的加載應(yīng)力為0.43Mpa，幫

5、部強(qiáng)度為0.39Mpa，幫部的加載應(yīng)力/幫部強(qiáng)度1.1，滿足工程荷載/巖體強(qiáng)度1，因此，本模型巷道為軟巖巷道，也可視為深部高地應(yīng)力巷道。,表2.2 加載方案,13,2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,（1）煤巷圍巖應(yīng)力分析,煤巷的變形破壞是由于圍巖應(yīng)力重分布引起的，研究圍巖在不同外荷載下應(yīng)力分布和變化，對(duì)于得出煤巷變形破壞機(jī)制具有重要意義。,圖2.7頂板豎向應(yīng)力隨外荷載變化曲線,14,2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,（1）煤巷圍巖應(yīng)力分析,圖2.8幫部豎向應(yīng)力隨外荷載變化曲線 圖2.9底板豎向應(yīng)力隨外荷載變化曲線,15,2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,（2）煤巷圍巖位移分析,煤巷圍巖的位移是在應(yīng)力作用下圍巖變

6、形的直接體現(xiàn)。隨著外荷載增加，頂板巖層位移逐漸增大。在VIII荷載時(shí)，A1A5的相對(duì)位移為0.69mm，說(shuō)明頂板巖層各測(cè)點(diǎn)間的相對(duì)位移較小。,圖2.10 頂板巖層位移隨外荷載變化曲線,16,2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,（2）煤巷圍巖位移分析,圖2.11幫部位移隨外荷載變化曲線 圖2.12 底板位移隨外荷載變化曲線,隨著外荷載增加，幫部B1B5的相對(duì)位移明顯逐漸增大，在VIII荷載時(shí)，B1B5的相對(duì)位移為7.65mm，遠(yuǎn)大于頂板的相對(duì)位移，說(shuō)明幫部整體性很差，易產(chǎn)生局部破壞。,17,2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,（3）煤巷圍巖變形破壞特征,I級(jí)II級(jí)：煤巷圍巖應(yīng)力較小，圍巖基本處于彈性變形階段，圍

7、巖表面沒(méi)有出現(xiàn)明顯的變化特征。 II級(jí)III級(jí)：隨著荷載的增加，圍巖應(yīng)力隨之增大，在角部發(fā)生應(yīng)力集中，角部發(fā)生塑性變形，出現(xiàn)微小的裂紋。,圖2.13 I級(jí) II級(jí)階段 圖2.14 II級(jí) III級(jí)階段,18,2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,III級(jí)IV級(jí)：幫部應(yīng)力逐漸增大，幫部表面近似二維受力，幫部發(fā)生塑性變形，出現(xiàn)裂紋。 IV級(jí)V級(jí)：角部的裂紋開(kāi)始擴(kuò)展，幫部裂紋也開(kāi)始發(fā)生擴(kuò)展，且產(chǎn)生了新的裂紋。,圖2.16 IV級(jí) V級(jí)階段,圖2.15 III級(jí) IV級(jí)階段,19,2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,V級(jí)VI級(jí)：在不斷增大的應(yīng)力作用下，幫部嚴(yán)重變形，發(fā)生垮落現(xiàn)象?？迓洳糠值男螤顬閭?cè)拱形，左幫屬于壓剪破壞

8、，右?guī)桶▔杭羝茐暮屠炱茐牡膹?fù)合破壞。頂板整體下沉，角部裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，并產(chǎn)生多條新裂紋。,圖2.17 V級(jí) VI級(jí)階段,20,2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,VI級(jí)VII級(jí)：頂板的整體下沉，使幫部承受的荷載更大。大塊體完全垮落，深部出現(xiàn)裂紋，其承載力也下降很多，等效于增大了頂板的跨度，惡化了頂板圍巖的受力狀態(tài)，頂板角部均出現(xiàn)多道并列的環(huán)形裂紋，外圍的環(huán)形裂紋說(shuō)明此處的幫部支撐力已經(jīng)降低很多。,圖2.18 VI級(jí) VII級(jí)階段,21,2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,VII級(jí)VIII級(jí)：隨著荷載值的不斷加大，頂板裂紋貫通，受力狀態(tài)惡化，幫部破壞更為嚴(yán)重，頂板變形更為明顯，裂紋發(fā)展迅速。 VIII級(jí)：煤

9、巷已經(jīng)失穩(wěn)，幫部破壞最嚴(yán)重，發(fā)生大范圍垮落現(xiàn)象；頂板整體下沉明顯；角部出現(xiàn)兩條主裂紋。,圖2.20 VIII級(jí)階段,圖2.19 VII級(jí)VIII級(jí)階段,22,2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,通過(guò)從圍巖應(yīng)力、位移、破壞特征三方面深入研究了無(wú)支護(hù)煤巷的變形破壞，可見(jiàn)，煤巷破壞源于幫部和角部，幫部相對(duì)位移最大，破壞程度最嚴(yán)重，以壓剪破壞為主；頂板破壞形式為整體下沉破壞，有冒落趨勢(shì)；角部是連接紐帶且應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋破壞；幫部、角部和頂板容易陷入相互加劇破壞、惡化彼此應(yīng)力狀態(tài)的惡性循環(huán)中。 控制幫部和角部變形破壞，提高其穩(wěn)定性，是打破惡性循環(huán)，控制煤巷穩(wěn)定性的關(guān)鍵，進(jìn)一步論證了煤巷強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)技術(shù)的科學(xué)性

10、。,23,2.3.1 建立模型,以馬蘭礦10503工作面的專用回風(fēng)巷為研究對(duì)象，所采煤層為02#煤，地面標(biāo)高為13831243m，工作面標(biāo)高為953888m，02#煤層平均厚度為2.4m，平均傾角2。巷道斷面為寬4m、高2.5m的矩形。,2.3 數(shù)值模擬,圖2.21 巷道平面布置圖,24,2.3.1 建立模型,煤巷模型的寬度高度進(jìn)深=30m30m30m，網(wǎng)格按不同巖層分區(qū)不均勻劃分。,2.3 數(shù)值模擬,圖2.22 巷道模型圖,25,2.3.2 無(wú)支護(hù)煤巷開(kāi)挖力學(xué)響應(yīng),開(kāi)掘后由于煤巷圍巖由三向應(yīng)力變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)，單元強(qiáng)度降低，應(yīng)力重新分布，圍巖產(chǎn)生變形。力學(xué)響應(yīng)從位移、應(yīng)變、應(yīng)力、塑性區(qū)幾個(gè)方

11、面研究。,圖2.23 巷道圍巖變形圖,26,（1）位移分析 巷道開(kāi)挖后，應(yīng)力重新分布，頂?shù)装迮c兩幫的最大位移基本上均在中部，整體變形呈弧形兩幫的變形最明顯，變形量最大，約是頂板變形量的三倍。,2.3.2 無(wú)支護(hù)煤巷開(kāi)挖力學(xué)響應(yīng),圖2.24 位移矢量圖 圖2.25豎直位移云圖 圖2.26 水平位移云圖,27,（2）應(yīng)變應(yīng)力分析 圍巖剪切應(yīng)變?cè)隽恐饕性谠谙锏赖膸筒颗c角部，幫部受影響范圍最廣，不僅數(shù)值很大，且進(jìn)深很大。豎直應(yīng)力場(chǎng)的受影響區(qū)域主要集中分布在頂?shù)装宓闹胁颗c兩幫的中部，水平應(yīng)力場(chǎng)的受影響區(qū)域主要集中分布在兩幫與頂板位置，類似蘑菇狀，其中幫部的受影響面積最廣。,2.3.2 無(wú)支護(hù)煤巷開(kāi)挖

12、力學(xué)響應(yīng),圖2.27 剪切應(yīng)變?cè)隽繄D 圖2.28 豎直應(yīng)力云圖 圖2.29 水平應(yīng)力云圖,28,（3）極限平衡區(qū)分析 兩幫與角部的極限平衡區(qū)的出現(xiàn)時(shí)間上要早于頂?shù)装?，范圍、擴(kuò)展速度都要遠(yuǎn)大于頂?shù)装?。幫部還存在部分拉伸區(qū)。 幫部的變形量最大，應(yīng)力狀態(tài)最不利，極限平衡區(qū)最大，因此，應(yīng)該加強(qiáng)幫部角部的支護(hù)強(qiáng)度。,2.3.2 無(wú)支護(hù)煤巷開(kāi)挖力學(xué)響應(yīng),圖2.30 巷道圍巖極限平衡區(qū)圖,29,3.1 理論分析,3 強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)理論與技術(shù),提出強(qiáng)幫護(hù)頂概念設(shè)計(jì)，通過(guò)強(qiáng)幫形成強(qiáng)幫護(hù)頂良性作用機(jī)制和合理耗能機(jī)制。 （1）強(qiáng)幫護(hù)頂良性作用機(jī)制 強(qiáng)幫提高幫部對(duì)頂板的豎向承載力 強(qiáng)幫減小極限平衡區(qū)寬度 （2）強(qiáng)幫形成

13、合理耗能機(jī)制,30,3.1 理論分析,（1）強(qiáng)幫護(hù)頂良性作用機(jī)制 強(qiáng)幫提高幫部對(duì)頂板的豎向承載力,圖3.1 幫部力學(xué)模型示意圖,為幫部平衡區(qū)單軸抗壓強(qiáng)度； 為最小主應(yīng)力； 為幫部平衡區(qū)內(nèi)摩擦角； 為與 對(duì)應(yīng)的豎向抗壓強(qiáng)度。,31,半徑：,圓心坐標(biāo)：,3.1 理論分析,圖3.2 開(kāi)挖及支護(hù)莫爾圓變化,32,3.1 理論分析,（1）強(qiáng)幫護(hù)頂良性作用機(jī)制 強(qiáng)幫減小極限平衡區(qū)寬度 幫部極限平衡區(qū)由于范圍最大，對(duì)煤巷圍巖承載圈的形成很不利。若增大幫部支護(hù)力，則幫部極限平衡區(qū)寬度變小，幫部變形量減小，能夠達(dá)到使煤巷頂板的跨度和破壞高度減小的效果。,圖3.3 極限平衡區(qū)示意圖,為幫部極限平衡區(qū)的寬度； 為側(cè)

14、壓系數(shù)； 為幫部支護(hù)力。,33,3.1 理論分析,（1）強(qiáng)幫護(hù)頂良性作用機(jī)制 強(qiáng)幫減小極限平衡區(qū)寬度 頂板破壞高度取普氏免壓拱高度，由下式確定 h = ( B / 2 + D ) / f 式中：h為頂板破壞高度，B為煤巷寬度，D為幫部破壞深度，f為巖石普氏堅(jiān)固性系數(shù)。,圖3.4 幫部和頂板破壞范圍圖,34,3.1 理論分析,（2）強(qiáng)幫合理耗能機(jī)制 塑性鉸是結(jié)構(gòu)體塑性區(qū)達(dá)到塑性極限彎矩時(shí)所形成的具有一定長(zhǎng)度且能轉(zhuǎn)動(dòng)的單向鉸。塑性鉸可承擔(dān)一定彎矩，它的形成促使塑性應(yīng)力進(jìn)行重分布。 加強(qiáng)幫部結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度與剛度，即提高幫部結(jié)構(gòu)體與頂板結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度比值和剛度比值，有利于巷道結(jié)構(gòu)體形成一個(gè)合理耗能機(jī)制，使巷道

15、破壞時(shí)頂板結(jié)構(gòu)體也能吸收消耗部分能量，減少幫部結(jié)構(gòu)體中塑性鉸數(shù)量，控制巷道破壞的程度。 該研究工作剛剛開(kāi)始，試驗(yàn)臺(tái)架正在建設(shè)中。,35,3.2 模型試驗(yàn),3.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) （1）方案 分別模擬煤巷常規(guī)支護(hù)、強(qiáng)幫支護(hù)、強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)方案，通過(guò)圍巖應(yīng)力、位移和變形三方面對(duì)比分析，研究煤巷圍巖控制效果。,表3.1 支護(hù)方案,36,3.2 模型試驗(yàn),（2）支護(hù)構(gòu)件 支護(hù)構(gòu)件主要從幾何相似和力學(xué)性質(zhì)相似兩方面進(jìn)行模擬。,表3.2 材料抗拉強(qiáng)度表,圖3.5 支護(hù)構(gòu)件,37,3.2 模型試驗(yàn),圖3.7 支護(hù)構(gòu)件布置圖,(a)預(yù)埋工作 (b)開(kāi)挖工作 (c)開(kāi)挖完成,(a)常規(guī)支護(hù) (b)強(qiáng)幫支護(hù) (c)

16、強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù),圖3.6 預(yù)埋開(kāi)挖圖,38,圖3.8監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖,（3）模型監(jiān)測(cè),3.2 模型試驗(yàn),為了監(jiān)測(cè)應(yīng)力，在巷道頂板布置1#、2#、3#共3個(gè)壓力盒，間距為40mm，在幫部布置4#、5#、6#共3個(gè)壓力盒，間距為40mm，在底板布置1個(gè)壓力盒，編號(hào)為7#。為了監(jiān)測(cè)圍巖表面位移，在巷道頂?shù)装濉筒坎贾梦灰票O(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖所示。,39,（4）模型加載,3.2 模型試驗(yàn),模型采用頂部逐級(jí)加載方式，最大加載力為36.4kN，幫部承壓面積為0.084m2，形成的加載應(yīng)力為0.43Mpa，幫部強(qiáng)度為0.39Mpa，幫部的加載應(yīng)力/幫部強(qiáng)度1.1，滿足工程荷載/巖體強(qiáng)度1，因此，本模型巷道為軟巖巷道，也可

17、視為深部高地應(yīng)力巷道。,表3.3 加載方案,40,3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,通過(guò)加強(qiáng)幫部和角部的支護(hù)，使頂板的豎向應(yīng)力增大，幫部的豎向應(yīng)力降低，頂板和幫部的應(yīng)力狀態(tài)得到改善。,(a) 頂板應(yīng)力 (b) 幫部應(yīng)力,圖3.9 應(yīng)力對(duì)比圖,41,通過(guò)加強(qiáng)煤巷幫部和角部的支護(hù)，增大了底板的徑向應(yīng)力，改善了底板的應(yīng)力狀態(tài)。,(c) 底板應(yīng)力,圖3.9 應(yīng)力對(duì)比圖,3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,42,加強(qiáng)煤巷幫部和角部支護(hù)，能夠減小頂板巖層的絕對(duì)位移52.75%和相對(duì)位移53.80%，能夠減小幫部的絕對(duì)位移47.72%和相對(duì)位移48.05% 。,(a) 頂板位移 (b) 左幫位移,圖3.10 位移對(duì)比圖,

18、3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,43,加強(qiáng)煤巷幫部和角部支護(hù)，能夠小幅度減小底板巖層的上鼓量，絕對(duì)變形量減幅為1.30%，相對(duì)變形量減幅為0.71%。,(c) 底板位移,圖3.10 位移對(duì)比圖,3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,44,在高應(yīng)力作用下，常規(guī)支護(hù)方案未能控制圍巖穩(wěn)定性，導(dǎo)致煤巷幫部變形最嚴(yán)重，發(fā)生了局部垮落，其次是角部和頂部。 巷道幫部表面發(fā)生了較嚴(yán)重的破壞，左幫和右?guī)途a(chǎn)生2條主裂紋和多條次裂紋，頂板巖層產(chǎn)生1條主裂紋和3條次裂紋，主裂紋從角部擴(kuò)展，與部分次裂紋貫通，有冒落趨勢(shì)。,3.11 常規(guī)支護(hù)變形破壞圖,3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,45,強(qiáng)幫支護(hù)時(shí)，幫部表面沒(méi)有發(fā)生破壞，變形也不明顯

19、，沒(méi)有出現(xiàn)裂紋，說(shuō)明強(qiáng)幫支護(hù)有效地控制了幫部的變形。頂板出現(xiàn)1條微細(xì)裂紋，整體巖層沒(méi)有出現(xiàn)明顯變形?？梢?jiàn)，通過(guò)加強(qiáng)幫部支護(hù)，不僅有效控制了幫部的變形破壞，還大幅提高了頂板巖層的穩(wěn)定性。,3.12 強(qiáng)幫支護(hù)變形圖,3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,46,強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)時(shí)，幫部非常穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)裂紋和明顯的變形。頂板巖層沒(méi)有出現(xiàn)明顯變形破壞，只有頂板左角部出現(xiàn)1條微細(xì)裂紋?？梢?jiàn)，通過(guò)加強(qiáng)巷道幫部和角部支護(hù)，使巷道圍巖的變形得到了有效控制，提高了其穩(wěn)定性，保證了巷道的安全性。,3.13 強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)變形圖,3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析,47,3.3.1 計(jì)算模型與模擬方案,以西山煤電集團(tuán)馬蘭煤礦10503工作

20、面專用回風(fēng)巷為研究對(duì)象，通過(guò)變化巷道幫錨桿直徑、長(zhǎng)度等參數(shù)，建立24個(gè)模擬方案，如表所示。利用FLAC3D軟件分別進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，從位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和極限平衡區(qū)三方面，分析開(kāi)挖后巷道圍巖力學(xué)響應(yīng)情況及幫錨桿控制巷道穩(wěn)定性的作用程度，進(jìn)一步論證強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)理論。,3.3 數(shù)值模擬,48,3.3 數(shù)值模擬,表3.4 數(shù)值模擬方案,49,3.3 數(shù)值模擬,圖3.15 監(jiān)測(cè)斷面布置圖,圖3.14 計(jì)算模型,50,3.3.2 模擬計(jì)算結(jié)果,增大幫錨桿的橫截面積能小幅影響巷道兩幫的變形，也在一定程度上改善了頂板和底板變形。 增大幫錨桿長(zhǎng)度，較好地改善了巷道圍巖變形，尤其是明顯減小了兩幫的變形量；同時(shí)改善頂?shù)装?/p>

21、變形。,圖3.16 錨桿橫截面積變化 圖3.17 錨桿長(zhǎng)度變化,51,幫錨桿的布置密度能大幅度地改變頂?shù)装搴蛶筒康淖冃纬潭龋饔梅浅ｏ@著。 通過(guò)最上排幫錨桿向上傾斜一定角度，加強(qiáng)角部支護(hù)，較明顯地影響圍巖的變形，該角度存在一個(gè)相對(duì)最優(yōu)值。,圖3.16 錨桿布置密度變化 圖3.17 錨桿傾角變化,3.3.2 模擬計(jì)算結(jié)果,52,煤巷強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)技術(shù)：通過(guò)各種具體措施，加強(qiáng)煤巷幫部和角部支護(hù)，提高幫部和角部的強(qiáng)度及剛度，可顯著改善煤巷圍巖受力狀態(tài)，減少煤巷極限平衡區(qū)和變形量，提高煤巷整體穩(wěn)定性。 加強(qiáng)煤巷幫部和角部的強(qiáng)度及剛度的措施：用加長(zhǎng)錨固或全長(zhǎng)錨固錨桿；用幫錨索；用鋼帶將幫錨桿連接起來(lái)以發(fā)揮

22、整體性作用；合理設(shè)計(jì)幫錨桿直徑、長(zhǎng)度、布置密度及傾斜角度；注漿加固法；抗剪錨管索。,3.4 強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)技術(shù),54,4 工程應(yīng)用,為了檢驗(yàn)強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)技術(shù)的適用性，分別以新峪礦D1206工作面巷道、馬蘭礦10503工作面巷道等巷道支護(hù)工程為實(shí)例，實(shí)施強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)方案，并對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)巷道圍巖的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析巷道圍巖的穩(wěn)定性狀態(tài)和支護(hù)效果。,55,4.1 新峪礦應(yīng)用,4.1.1 D1206材料巷工程概況,圖4.1 巖層柱狀圖 圖4.2 原支護(hù)方案,56,4.1.2 原支護(hù)方案分析,圖4.3 豎向位移云圖 圖4.4 水平位移云圖,圖4.5 最大主應(yīng)力云圖 圖4.6 剪切狀態(tài)圖,57,針對(duì)工程地質(zhì)條

23、件和原支護(hù)方案存在的不足，依據(jù)強(qiáng)幫支護(hù)理論和發(fā)明專利提出的加強(qiáng)幫部及角部的措施，應(yīng)用煤巷強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)技術(shù)，結(jié)合理論計(jì)算和數(shù)值模擬計(jì)算進(jìn)行多種方案優(yōu)化，得出了強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)方案。,4.1.3 強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)設(shè)計(jì),圖4.7 強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)方案,58,將強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)方案作為新方案應(yīng)用于該工作面回采巷道。為了檢測(cè)支護(hù)效果，在井下設(shè)立兩個(gè)測(cè)站，分別監(jiān)測(cè)原方案和新方案的頂板離層量和表面位移。,4.1.4 井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析,圖4.8 監(jiān)測(cè)斷面布置圖,59,與原方案相比，強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)方案的頂板淺基點(diǎn)離層量為24mm，減小25%，深基點(diǎn)離層量為11mm，減小15.4%；頂板位移為59mm，減小了23.9%；左幫位移

24、為99mm，減小7.5%；右?guī)臀灰茷?34mm，減小10.4%。,4.1.4 井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析,圖4.9 頂板離層曲線圖 4.10 巷道位移曲線,60,監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)方案有效控制了巷道圍巖離層量和位移，提高了巷道的穩(wěn)定性，支護(hù)效果良好?？梢?jiàn)，煤巷強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)技術(shù)具有良好的適用性。,4.1.4 井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析,圖4.9 頂板離層曲線圖 4.10 巷道位移曲線,61,4.2 馬蘭礦應(yīng)用,在馬蘭礦10503工作面專用回風(fēng)巷進(jìn)行應(yīng)用。 （1）強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)設(shè)計(jì) （2）支護(hù)效果分析 頂板最大下沉量為12mm，兩幫最大收斂量為23mm，巷道頂板離層量最大值為4.5mm。強(qiáng)幫強(qiáng)角方案有效控制

25、了巷道收斂量和頂板離層量，支護(hù)效果達(dá)到了預(yù)期。,圖4.11 強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)圖,62,4.3 官地礦應(yīng)用,在官地礦2#煤層瓦斯預(yù)抽巷進(jìn)行應(yīng)用。 （1）強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)設(shè)計(jì) （2）支護(hù)效果分析 頂板最大下沉量為17mm，兩幫最大收斂量為33mm，巷道頂板離層量最大值為5mm。采用最優(yōu)方案進(jìn)行支護(hù)以后，巷道體穩(wěn)定性很高，支護(hù)效果良好。,圖4.12 強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)圖,63,4.4 鎮(zhèn)城底礦應(yīng)用,在鎮(zhèn)城底礦22618工作面皮帶巷進(jìn)行應(yīng)用。 （1）強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)設(shè)計(jì) （2）支護(hù)效果分析 頂板最大下沉量為20mm，兩幫最大收斂量為26mm，巷道頂板離層量最大值為7mm。采用最優(yōu)方案進(jìn)行支護(hù)以后，煤巷整體穩(wěn)定性得到了保障，驗(yàn)證了煤巷強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)技術(shù)的適用性。,圖4.13 強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)圖,64,5 結(jié) 論,煤巷破壞源于幫