随着煤炭开采向深部发展,地压显现十分明显,围岩变形量大,巷道破坏严重,对安全生产和经济效益产生较大的消极影响。近年来发展起来的锚喷加固机理研究表明,造成锚喷支护失效的原因在于锚喷支护的刚度和极限变形量与巷道围岩不匹配,由于支护刚度过大,不能使围岩充分卸压,所以作用在支护结构上的压力过大,导致锚喷支护破坏失效。虽然近几年来已成功研制了各种可伸长锚杆,但锚喷支护中混凝土喷层研究仍未有明显突破。一般巷道中的喷射混凝土,施工后不久易出现裂缝,甚至逐渐发展到剥落和掉块,丧失了对围岩的封闭和支护作用,特别是在一批新型可伸长锚杆相继问世以后,这一不匹配问题更加突出。 本论文正是在降低巷道支护成本、提高经济效益又有可观推广前景的前景下,在锚喷支护结构的基础上,寻找更为合理的支护结构形式,改善喷层结构的力学性能,同时又不降低支护体系的安全可靠度。根据锚喷支护结构的特点,要求这种结构既能大幅提高结构本身承受地压的能力,又能有效的防止支护体系发生大变形时过早破坏。 论文根据纤维混凝土结构的力学原理,探索和研究聚丙烯纤维混凝土喷层在巷道支护中的力学性能,进行了聚丙烯纤维混凝土室内试验和工业性试验,并利用大型Ansys有限元软件对巷道开挖过程进行了数值模拟。试验表明,聚丙烯纤维混凝土具有抗拉、抗剪强度高,韧性、抗渗性好等特点,可以有效抑制裂缝的产生与发展;喷射纤维混凝土回弹量小,纤维混凝土喷层中的应力分布比较均匀,且应力值较小,具有较好的让压能力和抗变形能力。这体现了聚丙烯纤维混凝土具有大变形、让压、承载能力高的优点,为巷道支护提供了经济合理、技术先进、安全可靠的新型支护形式。