超高软岩支护设计课案.docVIP

超高软岩巷道强力支护设计研究 摘要：以XX矿西三盘区水仓超高软岩巷道为研究对象，应用高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度“三高一低”的现代锚杆支护设计理念，对巷道支护材料、参数进行合理选择。通过高预应力锚索、注浆联合支护有效控制巷道围岩变形，提高围岩完整性和稳定性，超高巷道由于两帮偏高，巷道高宽比偏大，煤帮稳定性差1 工程概况 XX矿15#煤西三盘区水仓将服务于西三盘区回采过程。水仓设计高度为6.6m，巷道掘进分两次成巷，先平掘煤巷，进行全断面起底，巷道掘进断面达到26.4m2，巷道断面大，两帮超高，形成超高大断面巷道15#煤底板存在泥岩、铝土岩，岩性强度低，含遇水膨胀成分，围岩自身稳定性差，难度大。15#煤层老顶砂质泥岩，厚5.14m，坚硬细密直接顶K1石灰岩，厚10.13m，坚硬，含方解石。单向抗压强度平均101.6MPa。另外，零星分布有泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩伪顶，厚度0.50-2.00m。15#煤层直接底泥岩，厚.12m，单向抗压强度平均28.3MPa。老底：灰岩，厚20.00 m，有斜层理，含方解石脉，黄铁矿。详细岩层状况见图。 图 岩层综合柱状图数值模拟方根据矿15#煤地质力学参数，建立圆柱状数值模拟模型，模型直径为1000mm，高径比分别为1:1、1:2、1:3、1:4和1:5。模型计算采用应变软化准则，模型固定上下边界，采用均匀速度加载模拟实验室单轴压力试验。对不同高径比进行单轴压缩，主要其塑性区的形态，数值模拟结果如图所示。 高径比1:高径比1:2 高径比1:3高径比1:4高径比1:5 图 数值模拟结果图 可以看出，试件在单轴压缩作用下，均发生了剪切破坏，随着高径比的增加，破坏的范围也越来越大。高径比为1:1时，破坏主要发生在试件的端部，以受载面破坏为主；高径比为1:2时，破坏贯穿整个试件，但主要发生在试件中部，且破坏范围并不大；高径比为1:3时，破坏范围增大，集中在试件的中部，主要以试件中部发生较大体积应变而导致破坏；高径比大于1:4时，试件破坏位置集中在试件上中下部，且呈现明显的X状共轭倒锥形塑性破坏区，试件中部还存在未发生破坏的柱核区。由此可以看出，针对水仓超高巷道，超高煤帮的破坏主要是剪切破坏，破坏位置主要集中在中部及偏上、偏下的位置。。第一组样品位于底板内500mm，第二组样品位于底板内500~2400mm，第三组样品位于底板内2400~3900mm。为准确研究底板岩层组成，对底板岩样进行X射线衍射分析。水仓底板泥岩中粘土矿物占多数，其粘土矿物平均含量达到75.0%，其中第一层粘土矿物含量为98.5%，第二层粘土矿物含量为78.1%，第三层粘土矿物含量为55.8%。说明粘土矿物随深度增加不断减少，但总含量仍占到一半以上，因此底板矿物以粘土为主。 单轴，试验所示。 表 单轴抗压强度及变形测定结果 试件编号 试件尺寸(mm) 破坏载荷（KN） 抗压强度（MPa） 平均抗压强度（MPa） 弹性模量（GPa） 平均弹性模量（GPa） 直径 高度 s-1 50.68 97.28 254.86 126.30 123.96 19.38 21.03 s-2 50.70 97.64 245.52 121.62 22.68 s-3 50.50 96.50 131.14 65.47 65.47 14.06 14.06 从试验结果来看，泥岩试件的弹性模量、峰值应力离散性都很大，岩体是一种包含大量裂隙的物体，各向异性特征明显，即使在同一地点选取的岩芯其变形与强度参数也有很大的不同三盘区水仓设计高度为6.6米，巷道掘进分两次成巷，先平掘煤巷（宽4.0m，高2.6m），之后进行全断面起底（宽4.0m，高4.0m）掘进期间采用树脂加长锚固锚杆与锚索组合支护。 水仓次掘巷支护设计Φ20mm×2000 mm 左旋无纵筋螺纹钢Φ15.24mm×5400mm钢绞线锚索，每排布置1根，居中布置，排距3000mm；帮部采用Φ15.24mm×5400mm钢绞线锚索，每排布置1根，布置在巷帮中部，排距1000mm，垂直巷帮打设。同时，铺设经纬网，锚杆间使用钢筋托梁连接，表面喷射厚100mm的混凝土。 水仓次掘巷支护设计Φ20mm×2000 mm 左旋无纵筋螺纹钢Φ15.24mm×5400mm钢绞线锚索，每排布置2根，间排距2000×1000mm，垂直巷帮打设；底板采用Φ15.24mm×5400mm钢绞线锚索，每排3根，间排距1400mm×2000mm，底板中间锚索垂直于巷道底板表面，两侧锚索钻孔与巷道底板水平夹角15°。预埋锚索7天后，底板铺钢筋网，规格为2100×1100mm，插入铝塑注浆管，安装封孔胶塞、托板、锁具，张拉锚索后全长一次注浆。施工完毕后必须要进行硬化，硬化厚度不小于200mm。 图 三盘区水仓二次掘