矿井掘进巷道锚杆超前支护技术研究.pdf
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1、世界有色金属2023年7月上166矿井掘进巷道锚杆超前支护技术研究苏鹏,甘信剑,冯建凯(山东能源集团有限公司东滩煤矿,山东 济宁 2 7 2 0 0 0)摘 要:针对矿井掘进巷道内部受力复杂,稳定性差,超前支护初撑力偏小,易出现严重变形等问题,分析了巷道围岩采动应力情况,计算了锚杆支护关键技术参数,设计了掘进巷道锚杆超前支护方案,并进行了应用测试,测试结果表明:应用该锚杆超前支护方案后,巷道相对移近量变小,有效控制了巷道变形量,巷道更稳定,有助于更好的保障矿井安全掘进。关键词:掘进巷道;锚杆支护;关键技术参数;测试中图分类号:T D 3 5 3.6 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 2-5
2、 0 6 5(2 0 2 3)1 3-0 1 6 6-3Research on Advance Support Technology of Anchor Rods in Mine Excavation TunnelsSUPeng,GANXin-jian,FENGJian-kai(D o n g t a n C o a l Mi n e o f S h a n d o n g E n e r g y C o.,L t d,J i n i n g 2 7 2 0 0 0,C h i n a)Abstract:I n r e s p o n s e t o t h e p r o b l e ms
3、o f c o mp l e x i n t e r n a l f o r c e s,p o o r s t a b i l i t y,s ma l l i n i t i a l s u p p o r t f o r c e,a n d e a s y o c c u r r e n c e o f s e r i o u s d e f o r ma t i o n i n mi n e e x c a v a t i o n t u n n e l s,t h e mi n i n g s t r e s s o f t h e s u r r o u n d i n g r o
4、 c k o f t h e t u n n e l w a s a n a l y z e d,t h e k e y t e c h n i c a l p a r a me t e r s o f b o l t s u p p o r t w e r e c a l c u l a t e d,a n d a b o l t a d v a n c e s u p p o r t s c h e me f o r t h e e x c a v a t i o n t u n n e l w a s d e s i g n e d a n d t e s t e d.T h e t e
5、 s t r e s u l t s s h o w e d t h a t a f t e r a p p l y i n g t h e b o l t a d v a n c e s u p p o r t s c h e me,t h e r e l a t i v e d i s p l a c e me n t o f t h e t u n n e l d e c r e a s e d,E f f e c t i v e l y c o n t r o l l i n g t h e d e f o r ma t i o n o f t h e r o a d w a y ma
6、 k e s i t mo r e s t a b l e,w h i c h h e l p s t o b e t t e r e n s u r e t h e s a f e e x c a v a t i o n o f t h e mi n e.Keywords:e x c a v a t i o n t u n n e l;A n c h o r r o d s u p p o r t;K e y t e c h n i c a l p a r a me t e r s;t e s t收稿日期:2 0 2 3-0 4作者简介:苏鹏,男,生于1 9 9 4 年,汉族,河北衡水人,本
7、科,学士学位,助理工程师,研究方向:矿井掘进巷道锚杆超前支护技术。矿井的开挖过程中,巷道的内部环境十分复杂,作业面强度大,危险程度高,必须进行相应的安全保护。为了预防巷道施工中发生的安全问题,必须采用行之有效的超前支护,以保证施工人员的生命,并保证矿井的施工质量。采用高强度的锚索对采矿区进行注浆,从而有效地控制采空区的变形,从而减少岩石崩塌的危险。锚杆支护能够在一定程度上构成一种保护结构,既能保证机械设备的安全,又能保证施工人员的人身安全,还能保证矿井的正常生产。为此,在采用锚杆支护法的基础上,研究了一种提高矿井支护力的新技术,为矿山快速开挖技术的应用奠定了基础,从而推动了矿山工业的高效率、高
8、质量的安全生产。1 超前支护的重要性采矿工作面超前是连接回风巷和运输巷的关键部位,担负着物料运输、进回风、行人等任务;此范围内存在控顶面积大、且掘进时存在压力重新分布、回采期间在超前支承压力作用下,顶板出现大量下沉,造成工作面上下出口及超前处最容易发生冒顶事故,影响回采安全。因此为保证矿山开采安全生产,必须加强综采工作面的超前支护。分析上述原因,由于冒顶事故最容易发生在工作面的上下出口处,因此必须加强两巷超前支护的支护和管理。2 基于锚杆支护的矿山掘进巷道超前支护技术2.1 矿山掘进巷道围岩采动应力分析首先,对矿井开挖后的岩体进行了变形研究,为矿井的锚固提供了一定的理论依据。在开挖前期,井筒内
9、的岩体应力逐步发生了改变。由于采空巷道段面积大,在受应力破坏的情况下,顶板中部出现了张拉倾向。塑性区在围岩的深处伸展,随着时间的推移,塑性的扩展幅度越来越大。受压而引起的剪断性断裂,从上、下沿巷道口的左、右两个方向,沿四个尖角方向扩展。在断裂中产生了许多裂缝,使应力失效区域进一步扩大,并使能量的释放速度增加。在隧道施工的中期阶段,围岩体顶部、底部及两侧帮部分的变形逐渐趋于稳定,裂缝生长速率有所降低,但对围岩的抗剪、张拉仍有一定的影响。在矿体顶部与矿体之间的角度上,由于受剪力和压力的影响,矿体的承载能力将会大大降低。随着塑性区的扩大,围岩体的变形也随之增加。在掘进后期,由于岩体的受力和受力趋于均
10、衡,岩体发生了错动,而左、右两帮则作为支护顶板。但巷道支承能力明显不够,矿体相对较软,且因裂缝增加,导致顶板有较大的脱层。同时,由于地心引力的作用,使顶板向下弯曲,使支座的稳定性更加恶化。2.2 计算锚杆支护关键参数由于锚杆支护的作用是对预应力的影响,对多层的围岩进行支护,所以根据组合方案的特点,对其进行关键参数的设计是比较合理的。顶板锚固长度由以下公式来确定:(1)式(1)中,表示顶板锚杆长度;1代表锚杆外径,根据钢板的厚度及夹板的厚度来决定;2表示锚杆锚固长度;3表示支护有效长度。由于锚杆支护承受的预应力要比最下面的岩石更大,所以可用以下公式来计算:2023年7月上 世界有色金属 167
11、(2)式(2)中,x表示巷道宽度;表示安全系数粉;表示惯性矩折减系数;代表预支压负荷,与矿层厚度及矿层容重相关;表示蠕变安全系数;表示巷道顶板抗拉强度。根据不同的锚固结构,不同的锚固结构之间的间隔取决于不同的剪切力,不同的锚杆之间的间隔可以用以下的公式来表示:(3)式(3)中,H为两排锚杆之间的距离;b表示钢绞线直径;为钢绞线的抗剪强度;代表岩体的剪力安全因子。通过对锚杆间距和巷道宽度的分析,得出了锚杆的埋设密度:(4)式(4)中,m表示锚杆打设密度。以基坑为支护主体,将构造的锚杆组合埋设在岩体内,加强支护的稳定。2.3 基于锚杆支护的掘进巷道超前支护方案设计通过对这些因素的研究,提出了在井筒
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