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中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)

高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)系統(tǒng)及其在深部巷道中的應(yīng)用――康紅普
發(fā)布時(shí)間: 2016年1月19日
來(lái)源： 中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)
目的 　　隨著開采深度、廣度和強(qiáng)度的不斷增加，煤礦出現(xiàn)了大量復(fù)雜困難巷道。雖然高強(qiáng)度錨桿支護(hù)已成為煤礦巷道首選的支護(hù)方式，且在一般條件下取得了良好的支護(hù)效果，但對(duì)于深部及復(fù)雜困難巷道，高強(qiáng)度錨桿支護(hù)效果差，成本高，不能滿足巷道支護(hù)要求。本文在研究深部及復(fù)雜困難巷道支護(hù)理論的基礎(chǔ)上，開發(fā)高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力錨桿支護(hù)系統(tǒng)，以期為深部巷道提供有效的支護(hù)技術(shù)。 方法 　　采用理論分析方法，研究深部巷道圍巖變形特征、預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)的主要作用、錨桿預(yù)應(yīng)力及其擴(kuò)散對(duì)支護(hù)效果的作用、預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)系統(tǒng)的臨界支護(hù)剛度和錨桿支護(hù)系統(tǒng)的延伸率等。在理論研究成果的指導(dǎo)下，開發(fā)高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力錨桿組合支護(hù)系統(tǒng)，包括強(qiáng)力錨桿、強(qiáng)力鋼帶及強(qiáng)力錨索系列材料。最后，進(jìn)行深部巷道支護(hù)井下試驗(yàn)。采用有限差分?jǐn)?shù)值模擬方法確定錨桿支護(hù)形式與參數(shù)。進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)與支護(hù)效果評(píng)價(jià)，驗(yàn)證支護(hù)理論的正確性與支護(hù)技術(shù)的有效性。 結(jié)果 　　(1) 深部及復(fù)雜困難巷道錨桿支護(hù)的主要作用在于控制錨固區(qū)圍巖離層、滑動(dòng)、裂隙張開、新裂紋產(chǎn)生等不連續(xù)的擴(kuò)容變形，使圍巖處于受壓狀態(tài)，抑制圍巖彎曲變形、拉伸與剪切破壞的出現(xiàn)；合理的支護(hù)形式是：大幅度提高支護(hù)系統(tǒng)的初期支護(hù)剛度與強(qiáng)度，最大限度地保持圍巖完整性，盡量減少圍巖強(qiáng)度的降低；同時(shí)，支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的延伸率，允許巷道圍巖有較大的連續(xù)變形，使高應(yīng)力得以釋放。(2) 錨桿預(yù)應(yīng)力及其擴(kuò)散對(duì)支護(hù)效果起決定作用。根據(jù)巷道地質(zhì)條件確定合理的預(yù)應(yīng)力，并使其實(shí)現(xiàn)有效擴(kuò)散是支護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。錨桿托板、鋼帶與金屬網(wǎng)等護(hù)表構(gòu)件在預(yù)應(yīng)力支護(hù)系統(tǒng)中發(fā)揮極其重要的作用。(3) 開發(fā)出強(qiáng)力錨桿材料，屈服強(qiáng)度達(dá)到600 MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到800 MPa，延伸率大于18%，錨桿預(yù)應(yīng)力級(jí)別可超過(guò)100 kN；強(qiáng)力鋼帶拉斷載荷達(dá)到500 kN以上；強(qiáng)力錨索直徑達(dá)到22 mm，拉斷載荷超過(guò)600 kN，延伸率達(dá)到7%，拉斷載荷與延伸率分別比原來(lái)直徑15.24 mm的鋼絞線增加1.3，1.0倍。(4) 高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力錨桿支護(hù)系統(tǒng)在新汶礦區(qū)協(xié)莊礦千米深井巷道中得到應(yīng)用，巷道圍巖變形降低70%左右，頂板離層僅為原來(lái)的5%，巷道圍巖完整、穩(wěn)定，滿足了煤礦安全生產(chǎn)的要求。 結(jié)論 　　大幅度提高錨桿支護(hù)系統(tǒng)的初期支護(hù)剛度與強(qiáng)度，采用高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力支護(hù)系統(tǒng)可有效控制深部巷道圍巖變形與破壞。提高頂板支護(hù)剛度與強(qiáng)度，可有效減小煤幫壓力和底臌。深部及復(fù)雜困難巷道支護(hù)特性應(yīng)該是“先剛后柔再剛、先抗后讓再抗”。在深部巷道支護(hù)中應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形與破壞，避免二次支護(hù)和巷道維修。