深部软岩巷道中空注浆锚索技术的研究及应用

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1、深部软岩巷道中空注浆锚索技术的研究及应用1绪论1.1问题的提出及意义作为国家的主要能源，煤炭资源直接决定我国经济建设的发展速度[1]。我国的煤炭资源一天天地在使用，然而新能源的开发还没有取得很好的效果，因此前部煤炭的需求几乎不能满足我国工业的发展需要了。浅部煤层的幵釆及支护是比较容易的，而深部煤层的开采是很有难度的。浅部煤层的不断耗竭必然决定我国煤炭业的发展趋势势必要放在开釆深部煤层上去，这样一来就需要我们具备很好的开采方式以及支护方式等，只有这样才能满足巷道的稳定性要求以及使我国的经济井然有序的进行[2]。在我国的煤巷支护研究中，使用较多的就是铺杆

2、、错索以及钢丝网联合的支护方式。传统的锚杆和错索支护机理差不多是相似的，即是我们是所说的两端锚固的机理，只不过相对于错杆而言，销索的优点更多。我国的大部分深部煤矿，它们所处的地质条件以及岩层的赋存都是很复杂的，这将会给开采及支护带来很大的难度。由于近年来注装技术的发展也是很迅速的，也在我国煤矿上大面积的使用。注楽可以起到胶结破碎岩石的作用，衆液随着岩石的裂隙渗入围岩内部，把原本破碎的岩体好地粘在一起，从而起到加固围岩稳定性的目的。因此，一种新的支护技术就这样诞生了。本文将通过理论、数值模拟和具体的工程实践来分析该技术的可行性，以便为后续我国煤矿上的支

3、护提供很好地依据和参考。.1.2国内外研究现状巷道的支护方式在每个国家的发展是各不相同的，国外和国内都有其各自的特点。纵观其发展史大致都和我们所学的土力学等学科紧密的结合起来了。在此过程中，自然而然地也形成了不少的理论和很多实践经验。早期的理论是由郎肯等著名学者提出的，他们的理论基础被称为经典的土压力理论[3]。巷道围承受来自上覆围岩的自重压力，该理论认为巷道围岩所承受的压力和上覆围岩的自重;L//是相等的。该理论的局限性在于对于深部巷道而言，地质条件及其他构造条件相对来说是比较复杂的，该理论便不能适用了。经过若干年的理论发展，知名学者太沙基等[4]

4、-[5]又提出了新的理论应用公式，当时被称作为著名的太沙基理论，同时出现的还有著名的普氏理论。这些理论相对于前人所创的理论来说具有一定的优越性。上个世纪50年代时期，芬纳和卡斯特纳等一批批学者经过长期的研究，又提出了著名的芬纳公式和卡斯特那公式。由于当时学科的发展很迅速，特别是弹塑性力学的发展，给我们的巷道支护理论带来了一片新的面貌。从此以后，巷道支护理论便向着了一个相对稳定的的方向发展，即我们所说的定量和定性两个方向。上世纪60年代时期，在前人研究的理论的基础上，著名的学者L.V.Rabe水平官山段（P2L1)，地面标高+37.5ni，岩性以粉砂岩

5、为主，夹薄层状泥岩及细砂条带，岩层走向40°?60°左右，巷道倾角为13°，此处岩性较破碎，极易发生围岩变形问题。巷道上覆存在若干岩石夹层，其中包括老顶为粉砂岩与细纱岩厚度为2.0?4.0m厚度的粉砂岩和和细砂岩，以及其他岩石的夹层，岩性表现为不稳定。同时还存在粉砂岩厚度为8.0?10.0m厚的粉砂岩，这部分岩层比较单一，没有其他岩石夹层。它们通常是由灰黑色的薄状煤层构成。巷道伪顶是厚度为0.1-0.3in的炭质页岩层，主要表现出的形状是鳞片状，且大部分呈现出黑色。巷道底板是厚度2.0m的泥岩，而且泥岩大多呈褐色，多含块状鲕粒

6、结构，极易发生膨胀，因此底板的承受能力较弱，经常会进行规模性的返修。巷道老底是细砂岩，厚度约为l0m左右，且岩性的特征大多呈现出灰白色，小部分呈现出灰黑色，具有中厚层状结构的，同时夹杂着泥岩的粉砂岩。2.2地质构造与影响1.本巷道地质构造较复杂，断层主要以正断层为主，走向N左右，对掘进有一定影响。2.原巷道设计在-844.9轨2开窝拨门，由于该巷道距断层较近，构造应力及工程偏应力较大，给施工造成一定的困难，调整至-845轨1点施工。试验段远离回采工作面，只受上覆围岩的自重压力。由于巷道所处位置较深，致使巷道发生较大的变形。试验段巷道也出现了明显的底鼓

7、现象底。据该矿透露每年大约要返修四次，花费巨大。同时，返修也影响了该矿的生产进度，造成更大的经济损失。副西进风石门断面为半圆拱形，净断面尺寸为4.1m><3.1m，原支护方案的锚杆直径为20mm，长度为2100min，间排距为700mmx700mm;梯子梁为l0mm的钢筋加工；喷轮厚度为l00mm;描索直径为15.24inm，长度为6300mm，中线及两肩各打铺索一根，排距为1400mm。..3围岩内部裂隙发育情况的探测与分析..........133.1三维钻孔窥视仪简介..........133.2探测结果及分析..........1

8、43.3本章小结..........194副西进风石门中空注浆锚索支护效果数值分析..........214