泥質(zhì)膠結(jié)砂巖切眼頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

泥質(zhì)膠結(jié)砂巖切眼頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

地下道路受到煤層厚度的影響，其維護(hù)問題復(fù)雜且差異明顯。這對(duì)礦工附近道路的安全穩(wěn)定和相鄰道路的不利因素有很大影響。一直以來，井工煤礦對(duì)大跨度切眼巷道的支護(hù)穩(wěn)定工程安全問題尤為關(guān)注，多位專家學(xué)者從力學(xué)理論、工程實(shí)踐等角度開展研究1泥質(zhì)膠結(jié)砂巖頂板巷道1）工程概況。萬利一礦綜采207工作面布置如圖1，該工作面主采312）切眼巷道破壞變形情況現(xiàn)場宏觀分析。207切眼巷道頂板為泥質(zhì)膠結(jié)砂巖頂板，泥質(zhì)膠結(jié)致砂巖頂板層間黏結(jié)力差，抗剪強(qiáng)度低，極易發(fā)生層間錯(cuò)動(dòng)離層；泥質(zhì)膠結(jié)影響砂巖頂板圍巖的承載穩(wěn)定性，現(xiàn)場切眼巷道的圍巖彎曲變形明顯；加之207切眼巷道的跨度大，泥質(zhì)膠結(jié)砂巖頂板的主動(dòng)支護(hù)作用的效果限制。2在錨索的作用下，鏡眼道中的粘土凝膠為砂巖板的穩(wěn)定2.1抗拉受力分析以錨桿錨固范圍內(nèi)復(fù)合頂板梁結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，以復(fù)合頂板簡支梁結(jié)構(gòu)在垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力的作用下，層狀頂板梁變形方程式中：w視錨桿支護(hù)范圍內(nèi)的頂板錨固體為梁簡支結(jié)構(gòu)，由層狀頂板疊加梁力學(xué)理論式中：p令式中：F同時(shí)，在頂板梁兩端：將邊界條件與式（4）～式（6）聯(lián)立，整理得：式中：A2.2配合錨桿懸吊支護(hù)根據(jù)萬利一礦207工作面切眼巷道圍巖條件可知，切眼巷道為矩形斷面，跨度L=7.6m，所處原巖垂直應(yīng)力p由圖3可知，錨桿錨固范圍越大可提高泥質(zhì)膠結(jié)砂巖復(fù)合巖層共同承載能力，錨桿將泥質(zhì)膠結(jié)砂巖頂板錨固于一體實(shí)現(xiàn)共同承載，對(duì)層間錯(cuò)動(dòng)起到抑制作用；由于切眼巷道跨度大，錨桿錨固范圍外仍可能產(chǎn)生深部離層，配合錨索懸吊支護(hù)尤為重要。由圖4可知，1～2根錨索布置時(shí)頂板下沉嚴(yán)重，4～5根錨索布置時(shí)頂板下沉控制效果較好；錨索布置密度增加是支護(hù)反力增強(qiáng)以及頂板錨固體跨度減小，使得泥質(zhì)膠結(jié)砂巖復(fù)合巖層頂板錨固體穩(wěn)定性及其抵抗變形作用效果得以改善，但過多的錨索支護(hù)布置造成支護(hù)成本高且速度緩慢，分析認(rèn)為取錨索布置4～6根較為適合。3207種切割眼道的保護(hù)技術(shù)3.1錨桿、鋼絞線通過力學(xué)理論分析指導(dǎo)207工作面切眼巷道泥質(zhì)膠結(jié)砂巖頂板支護(hù)設(shè)計(jì)，提出“預(yù)應(yīng)力鋼錨桿+鋼筋網(wǎng)+錨索+鋼帶”主動(dòng)聯(lián)合支護(hù)方案，207切眼巷道支護(hù)布置斷面示意圖如圖5。頂板錨桿采用準(zhǔn)18mm×2100mm螺紋鋼錨桿，間排距為900mm×1000mm；錨索采用準(zhǔn)17.8mm×8000mm和準(zhǔn)17.8mm×6500mm的鋼絞線（中部3根8.0m錨索且間距1400mm，兩側(cè)6.5m錨索且距幫部600～700mm，排距2000m），并用W型鋼帶連接，頂板網(wǎng)采用鋼筋網(wǎng)；正幫（推進(jìn)方向煤體內(nèi)）錨桿采用規(guī)格為準(zhǔn)18mm×2100mm玻璃鋼錨桿，間排距為900mm×1000mm，最上排錨桿距頂400mm，副幫錨桿采用準(zhǔn)16mm×1800mm圓鋼錨桿，間排距1000mm×1000mm，最上排錨桿距頂板400mm；正幫網(wǎng)采用阻燃塑料網(wǎng)，副幫網(wǎng)采用鋼筋網(wǎng)布置,，底板鋪240mm厚混凝土。3.2錨固頂板支護(hù)穩(wěn)定性力學(xué)求解根據(jù)式（4）和式（7）得出錨索懸吊作用下層狀頂板梁力學(xué)模型的最大撓度w式中：n為錨索數(shù)目，當(dāng)前錨索布置5根；ρ為頂板巖體密度，當(dāng)前取2600kg/m結(jié)合式（4）和式（6）～式（7）計(jì)算，得：通過207工作面切眼巷道泥質(zhì)膠結(jié)砂巖頂板圍巖-支護(hù)共同承載的穩(wěn)定性判別計(jì)算可知，207工作面切眼巷道錨索懸吊承載頂板垮落區(qū)域的巖體重力載荷穩(wěn)定，頂板彎曲變形量在錨索懸吊結(jié)構(gòu)承載穩(wěn)定范圍內(nèi)，所提出的支護(hù)設(shè)計(jì)方案滿足安全要求。3.3錨索受力監(jiān)測工程現(xiàn)場在位于207切眼巷道端部和中部頂板的錨索上布置安裝GMY400礦用本安型錨索測力計(jì)，同時(shí)進(jìn)行巷道圍巖變形監(jiān)測。當(dāng)前207切眼巷道頂板測力計(jì)顯示錨索受力90～103kN，且未超過錨索極限載荷；結(jié)合現(xiàn)場切眼巷道的變形監(jiān)測顯示，頂板變形最大190mm，巷幫變形最大60mm，說明207切眼巷道的圍巖控制效果良好。4復(fù)合頂板梁錨索合理穩(wěn)定性力學(xué)分析1）泥質(zhì)膠結(jié)致砂巖頂板層間黏結(jié)力差，抗剪強(qiáng)度低致其載能力差，極易發(fā)生層間錯(cuò)動(dòng)離層；又因?yàn)榍醒巯锏赖目缍容^大，導(dǎo)致頂板彎曲變形明顯。2)以錨桿錨固范圍內(nèi)復(fù)合頂板梁結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，運(yùn)用層狀梁力學(xué)模型推導(dǎo)得到復(fù)合頂板梁錨索懸吊穩(wěn)定性力學(xué)分析方程以分析判別切眼巷道支護(hù)穩(wěn)定性。3）錨桿支護(hù)將泥質(zhì)膠結(jié)砂巖頂板錨固，進(jìn)而對(duì)層間錯(cuò)動(dòng)起到抑制作用；錨索布置提供可靠支護(hù)反力和減小頂板錨固體跨度，提高頂板錨