复杂围岩条件下巷道底板反拱支护失效机制及控制

作     者：王超 伍永平 黄小平 WANG Chao;WU Yongping;HUANG Xiaoping

作者机构：西安科技大学能源学院陕西西安710054 内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 中煤西安设计工程有限责任公司陕西西安710054 

基　　金：内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJZY17175) 国家自然科学基金重点项目(51634007) 

出 版 物：《采矿与安全工程学报》 (Journal of Mining & Safety Engineering)

年 卷 期：2019年第36卷第5期

页      码：959-967,976页

摘      要：为探索巷道底板反拱支护结构失效机制,以刘园子煤矿+1100 m轨道石门为工程背景,采用现场勘察、理论分析、数值计算和工程实施相综合的研究方法,阐明底板反拱结构失稳的原因,揭示反拱结构失稳的力学机制,提出反拱结构失稳的 滑转梁 力学模型,并基于Lamé公式、弹塑性理论及力学原理给出 滑转梁 的平衡方程,以该方程分析摩擦因数、岩体内聚力、 锚护岩 深度和 滑转梁 厚度对反拱结构的稳定性及支护强度的影响。结果表明:1)底板反拱结构与U型支架连接处刚度不足是其失稳的关键;2)摩擦因数和底板岩体强度对反拱结构的稳定性有较大影响,而 锚护岩 深度和 滑转梁 厚度对其影响则不明显;3) 滑转梁 的力学状态决定底板的稳定性,当底板支护强度小于临界值时,反拱结构会发生 滑移上升 旋转上升 滑转上升 3种不同的失稳,每种失稳方式的判式及临界值亦不同;4)在巷道及其应力分布对称条件下,3种失稳判式可写成一个程式;5)通过增加反底拱结构与U型钢支架接触处的约束力,或增大底板岩体内聚力可有效控制底鼓;采用底板锚杆支护和增大反拱结构厚度亦能在一定程度上抑制底鼓。基于以上研究,采用底角锚杆+喷浇筑混凝土+36U型圆棚联合支护方案来提高巷道底角刚度及岩体强度,数值分析及现场实施结果均表明该方法能有效控制石门底鼓。

主 题 词：失效机制 反底拱 滑转梁 力学行为 支护强度 

学科分类：1201[管理学-管理科学与工程类] 081901[081901] 0819[工学-海洋工程类] 08[工学] 0837[0837] 0823[工学-农业工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.13545/j.cnki.jmse.2019.05.013

馆 藏 号：203786766...