软岩条件下巷道锚网索耦合支护参数优化研究

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随着煤矿逐渐进入深部开采以及地下空间的拓展范围不断增大,软岩工程围岩控制问题一直困扰着煤矿生产和深部隧道施工。目前,软岩巷道支护技术是煤炭系统中亟需解决的一个关键问题,成为我国岩石力学发展的主要任务之一。近些年来,耦合支护技术被大量运用到对于软岩地下工程的支护中,尤其是锚网索耦合支护技术,相较于其他支护形式优势明显。目前,熟练掌握锚网索耦合支护这项技术,更好发挥其对于软岩地下工程中的支护效果成为研究的热门课题。为此,针对软岩条件下巷道耦合支护效果不佳问题,本文通过理论分析、数学计算和FLAC3D数值模拟对软岩条件下的巷道锚网索耦合支护参数优化进行研究,取得以下研究成果:(1)通过经典支护理论建立围岩力学模型,推导出围岩松动圈厚度与软岩巷道变形量有着直接重要的关系,并计算出研究巷道松动圈半径为4.78m,松动圈厚度为1.76m。(2)利用正交试验安排合理化数值模拟方案,对巷道顶底板位移量和两帮移进量结果进行极差分析,确定出对于控制巷道变形量中支护参数的主次要因素。并通过综合分析选取优化支护参数:锚杆Φ22mm×2000mm,顶锚杆间排距900mm×1000mm,帮锚杆间排距800mm×1000mm,锚杆预紧力90KN,锚索长度6300mm,锚索预紧力150KN。(3)结合实际工程判定研究巷道的变形机制为ⅠCABDD型,在支护优化参数基础上,针对变形力学机制类型提出底板安装两根底板锚杆和调整顶板和两帮锚杆角度等措施,加强对于关键部位耦合支护,从而形成一套锚网索耦合支护优化方案。(4)利用FLAC数值模拟对软岩条件下锚网索耦合支护优化方案和原方案进行计算,从位移变形量、应力分布情况和塑性区范围等方面对比分析,优化参数后的锚网索耦合支护方案在各方面有明显改善。最后,通过现场试验性监测,实际巷道变形量与数值模拟结果大致相同,满足矿井安全生产的巷道稳定性要求,验证了优化参数研究的科学可行性。并确定二次支护最佳时间段在开挖大约13天前后,从而在不同支护体间耦合同时最大限度发挥围岩自身承能力实现巷道理想耦合支护效果。
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