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        礦井巷道支護(hù)的復(fù)式錨索珩架作用機(jī)理和新型錨索桁架研究

        2020-03-03 14:47:21
        技術(shù)與市場(chǎng) 2020年2期
        關(guān)鍵詞:復(fù)式桁架錨索

        (七臺(tái)河市不動(dòng)產(chǎn)登記中心,黑龍江 七臺(tái)河 154600)

        0 引言

        巷道支護(hù)是為提高圍巖的穩(wěn)定性,控制圍巖過大的變形及破壞。從科學(xué)優(yōu)化和保障系統(tǒng)性安全及綜合控制考慮,必須采取有效的措施,對(duì)大跨度軟巖開切眼圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象采取綜合性防治措施。巷道布置設(shè)計(jì)時(shí)必須盡量采取回采巷道的高度低于工作面采高的方式;對(duì)圍巖的控制必須應(yīng)用“強(qiáng)幫固頂,幫頂協(xié)同控制”模式;對(duì)錨桿索支護(hù)應(yīng)該實(shí)施錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù),充分發(fā)揮切服圍巖的承載能力,為工作面布置順利進(jìn)行提供可靠的保障。

        1 復(fù)式錨索桁架作用機(jī)理

        1.1 復(fù)式錨索桁架機(jī)理

        巷道圍巖中打入錨桿索后,錨固范圍內(nèi)的圍巖構(gòu)成錨固體,巷道埋深較淺時(shí),巷道所處地應(yīng)力小,開挖造成的應(yīng)力集中相對(duì)也較小,錨固體整體完整性較好,此時(shí)錨桿索對(duì)圍巖的錨固效果不突出;而隨著巷道埋深的增大,地應(yīng)力不斷增加,錨固體內(nèi)圍巖應(yīng)力集中越來越大,超過其強(qiáng)度就可能出現(xiàn)破壞,承載能力急劇下降,出現(xiàn)變形,同時(shí),圍巖應(yīng)力集中往深部轉(zhuǎn)移,深部圍巖繼續(xù)破壞,最終引起錨桿索錨固失效,錨固體卸載。錨固體通過錨桿索的預(yù)應(yīng)力主動(dòng)支護(hù)作用和桿體本身抗剪作用,使圍巖淺層塑性區(qū)圍巖構(gòu)成適應(yīng)自身變形且具有一定承載能力的平衡拱,控制圍巖的變形。

        1.2 復(fù)式錨索桁架受力分析

        復(fù)式錨索桁架通過錨索張緊而產(chǎn)生的拉緊力與頂板錨索錨固后產(chǎn)生的預(yù)緊力對(duì)頂板巖層起到控制作用。錨索桁架產(chǎn)生的垂直應(yīng)力一部分轉(zhuǎn)移到兩幫煤體中。隨頂板的變形下沉,下部桁架受頂板圍巖變形力加大,出現(xiàn)對(duì)頂板巖層的約束力日趨增大,可以有效控制頂板的繼續(xù)變形和下沉。

        復(fù)式錨索桁架的復(fù)向應(yīng)力使頂板巖體最大限度回歸到多向受壓狀態(tài),最大限度維護(hù)原有三向應(yīng)力場(chǎng),改善頂板巖體強(qiáng)度參數(shù),調(diào)動(dòng)頂板深部圍巖和煤幫圍者協(xié)同維護(hù)圍巖中應(yīng)力場(chǎng),避免圍巖出現(xiàn)大變形,降低頂板撓度,提高頂板抗破壞能力。

        1.3 復(fù)式錨索桁架優(yōu)點(diǎn)

        復(fù)式錨索桁架錨固點(diǎn)分別在巷道煤幫頂板深處和巷道中部頂板深層三向受壓巖體中。頂板圍巖變形出現(xiàn)在淺部圍巖,所以,對(duì)深部錨固區(qū)域圍巖影響較小,錨索錨固點(diǎn)周邊巖體不易破壞,確保錨索提供穩(wěn)固可靠的錨固力,有效控制頂板的下沉和離層。同時(shí),復(fù)式錨索桁架中錨索有一定的安裝角度,頂板的下沉,深部錨固點(diǎn)能適量向內(nèi)移動(dòng),避免錨索被拉斷,整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)支護(hù)力也相應(yīng)增加,形成閉鎖結(jié)構(gòu),可有效避免頂板圍巖惡性變形和冒頂事故的出現(xiàn)。

        復(fù)式錨索桁架能有效控制頂板下沉,減少巷道的維護(hù)量,節(jié)約維護(hù)成本:①復(fù)式錨索桁架支護(hù)系統(tǒng)通過施加預(yù)應(yīng)力改變圍巖內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài),使圍巖處于受控狀態(tài),通過改變圍巖內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)提高錨固體的抗拉能力,提高錨固體抗剪切能力,確保圍巖穩(wěn)定性。②采用復(fù)式錨索桁架支護(hù)技術(shù)較普通單體錨索支護(hù)技術(shù)更有利于實(shí)現(xiàn)破碎頂板大跨度巷道的快速掘進(jìn),能提高礦井綜合效益,為保證礦井安全高效生產(chǎn)提供了有力保障。

        2 具有水平雙向恒阻功能的新型錨索桁架研究

        針對(duì)高水平應(yīng)力作用下巷道頂板水平運(yùn)動(dòng)引起的破壞提供合理有效的控制方法。

        2.1 現(xiàn)有錨索梁結(jié)構(gòu)存在的問題

        在煤巷支護(hù)技術(shù)中,錨索梁組合的桁架系統(tǒng)是有效的巷道支護(hù)手段。常用的托梁主要是槽鋼、W鋼帶或鋼筋梯子梁等。錨索錨固點(diǎn)位于巷道頂板探部不易破壞的三向受壓煤巖體,不易受頂板離層和變形的影響,對(duì)錨索施加預(yù)緊力,當(dāng)遇到高水平應(yīng)力巷道時(shí),巷道頂板的主要破壞形式為水平擠壓-松擴(kuò)變形。在頂板水平擠壓的過程中,現(xiàn)場(chǎng)常遇到的情況是,錨索梁支護(hù)結(jié)構(gòu)的托粱容易發(fā)生彎折、撕裂乃至永久失效,大大降低了對(duì)頂板破碎巖體的控制作用,造成大面積冒頂,嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)。

        2.2 新型錨索桁架結(jié)構(gòu)及其基本原理

        在高水平應(yīng)力下的大斷面煤巷頂板巖層易于出現(xiàn)較大的水平運(yùn)動(dòng),而巖層水平運(yùn)動(dòng)易造成巷道頂板擠壓-松動(dòng)擴(kuò)容大變形,往往會(huì)沿巷道走向形成破碎帶,易誘發(fā)大范圍冒頂垮落事故,對(duì)巷道維護(hù)和工作面安全生產(chǎn)極為不利。針對(duì)上述問題及現(xiàn)有錨索粱結(jié)構(gòu)的不足,設(shè)計(jì)了一種用于巷道頂板支護(hù)的新型錨索桁架結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,其組合梁可以按巷道頂板巖層水平運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)其產(chǎn)生的承載作用力的大小,調(diào)整其自身長度,達(dá)到抑制或適應(yīng)巷道頂板水平擠壓松擴(kuò)變形的目的,并確保組合粱不會(huì)出現(xiàn)扭曲撕裂、斷開失效等現(xiàn)象,防止巷道垮落冒頂事故的出現(xiàn)。設(shè)計(jì)的以兩段式高強(qiáng)短鋼梁和凹形搭接組件為主要部件的可伸縮錨索桁架結(jié)構(gòu),使用時(shí),主槽鋼與副槽鋼內(nèi)端搭接在一起,通過兩片夾板及夾板兩耳的螺栓鎖緊,兩槽鋼外端開有錨索孔,錨索錨固點(diǎn)位于巷道頂板兩側(cè)肩角深部穩(wěn)定巖層內(nèi),對(duì)錨索施加預(yù)緊力,使得槽鋼梁緊貼頂板,對(duì)頂板垂直方向起到主動(dòng)支護(hù)作用。該結(jié)構(gòu)不僅保有桁架結(jié)構(gòu)特性,而且能夠適應(yīng)并抑制頂板煤巖體水平大變形破壞的擠壓—穩(wěn)定—松擴(kuò)全過程,具有連接牢固、穩(wěn)定性好、雙向恒阻等特點(diǎn)。

        3 結(jié)語

        復(fù)式錨索桁架能有效控制頂板下沉,減少巷道的維護(hù)量,節(jié)約維護(hù)成本。具有水平雙向恒阻功能的新型錨索桁架,能針對(duì)高水平應(yīng)力作用下巷道頂板水平運(yùn)動(dòng)引起的破壞提供合理有效的控制方法,為工作面布置順利進(jìn)行提供可靠的保障。

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