巷道松軟兩幫錨固支護(hù)理論研究.pdf

1、在煤礦巷道中，許多巷道的兩幫巖體比較破碎，而且破碎區(qū)域較大，往往超出了錨桿可錨固范圍，由于該類巷道兩幫巖體的內(nèi)聚力極小或幾近喪失，因此，在這種巖體內(nèi)形成的錨固體只能承受一定的擠壓和剪切作用，而不能承受明顯的拉應(yīng)力。 固體力學(xué)中根據(jù)厚度與寬度比不同的板狀物分為薄膜、薄板和厚板(或“體”)。當(dāng)物體具有薄膜或薄板的形狀特征時(shí)(物體厚度與寬度之比小于1/5)，內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力將主導(dǎo)其變形和破壞；當(dāng)物體具有“厚板”或“體”的形狀特征時(shí)，內(nèi)

2、部的剪應(yīng)力或壓應(yīng)力將成為其破壞的決定因素。故在巷道松軟兩幫內(nèi)形成的錨固體必須具有“厚板”或“體”的形狀特征，據(jù)此，本文提出巷道松軟兩幫厚錨固體支護(hù)原理。 文中首先把兩幫錨固體簡(jiǎn)化為固支和簡(jiǎn)支的梁式結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，在保持載荷與長(zhǎng)度不變的前提下，對(duì)不同深度梁的變形及內(nèi)部應(yīng)力分布進(jìn)行對(duì)照分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)梁的深度與長(zhǎng)度之比小于3：10時(shí)，梁內(nèi)拉應(yīng)力較大，且隨著梁的深度的增加，梁內(nèi)拉應(yīng)力迅速下降；當(dāng)梁的深度與其長(zhǎng)度之比大于3：10時(shí)，

3、梁內(nèi)拉應(yīng)力較小，且隨著深度的增加，梁內(nèi)拉應(yīng)力下降速度變得極為緩慢。為進(jìn)一步掌握巷道松軟兩幫內(nèi)錨固體厚高比與其力學(xué)效應(yīng)的相關(guān)性，進(jìn)行了大量的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，即：在巷道模型尺寸、材料力學(xué)參數(shù)、單元類型、網(wǎng)格尺寸以及邊界約束與載荷不變的情況下，根據(jù)兩幫錨固體厚度的不同共建十四個(gè)模型，并對(duì)不同厚度錨固體的變形與應(yīng)力分布狀況進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：在高度為4m的巷道內(nèi)，松軟兩幫內(nèi)形成錨固體厚度小于1.2m時(shí)，隨著錨固體厚度的增加，巷幫水平方向位移迅

4、速減小，并且巷道兩幫表面區(qū)域由受拉狀態(tài)很快過度到受壓狀態(tài)，壓應(yīng)力以較快速度增加；當(dāng)錨固體厚度大于1.2m時(shí)，隨著錨固體厚度繼續(xù)增加，巷道兩幫水平方向位移減小速率極慢，且兩幫錨固體主要表現(xiàn)為受壓狀態(tài)，其內(nèi)部壓應(yīng)力增長(zhǎng)速率減緩。所以，在高度為4m的巷道內(nèi)，兩幫錨固體厚度達(dá)到1.2m，即錨固體厚度與巷道高度之比為3：10較合理。基于上述力學(xué)理論分析以及大量的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文進(jìn)一步提出在巷道松軟兩幫內(nèi)形成的錨固體的厚度與巷道高度之比達(dá)到3