深埋巷道拉裂-剪切式片帮力学机理及支护技术

针对深埋巷道开挖后煤帮发生的拉裂-剪切式片帮,根据摩尔-库伦准则和片帮体极限平衡方程,建立了深埋巷道片帮体在支承压力、自重应力、后缘拉力及剪切面上滑移力共同作用下的受力模型,并基于片帮体的极限平衡条件推导了片帮体的前缘高度、后缘拉裂深度及水平坍塌宽度等关键参数的理论计算公式,讨论了帮部岩体的黏聚力、内摩擦角、抗拉强度和水平坍塌宽度对片帮体后缘拉裂深度的影响。结果表明:巷道帮部发生拉裂-剪切式片帮时的后缘拉裂深度与帮部煤体的黏聚力和内摩擦角呈正相关关系,与巷道帮部煤体的抗拉强度和片帮体的水平坍塌宽度呈负相关关系;当巷道帮部煤体黏聚力、内摩擦角及抗拉强度达到一定量值时,煤帮的拉裂-剪切式片帮将发展为单斜面剪切片帮。在确定片帮体破坏参数的基础上,提出了针对片帮区域煤体的锚杆和锚索联合支护方法。当锚杆最佳安装角控制在为30°~90°时,可以与锚索形成有效兜护结构,优化后的支护方式可以有效防止煤帮发生拉裂-剪切式破坏。最后,以某矿401工作面运输巷130~225 m段为工程实例,运用上述成果从理论上分析了片帮煤体的前缘高度、水平坍塌宽度及后缘拉裂高度等关键参数,并优化了该段巷道帮部的初期锚杆支护方案,取得了良好的支护效果。

深埋隧道拉裂-滑移式片帮力学机理研究

针对深埋隧道开挖引起的侧墙片帮问题,以深埋隧道侧墙拉裂-滑移式片帮为研究对象,根据摩尔-库伦准则和片帮体极限平衡方程,建立了片帮体在支承压力、自重应力及剪切面上滑移力共同作用下的受力模型,推导了片帮岩体的前缘高度、水平坍塌宽度、后缘张拉裂隙深度及其上下限值的理论公式。分析了岩体重度、黏聚力和内摩擦角对隧道侧墙前缘高度、水平坍塌宽度及后缘张拉裂隙深度的影响。结果表明,隧道侧墙发生拉裂-滑移式片帮时的水平坍塌宽度与侧墙岩体黏聚力和内摩擦角成负相关关系,与岩体重度和侧墙高度成正相关关系;而片帮体后缘张拉裂隙深度却与侧墙岩体黏聚力和内摩擦角成正相关关系,与岩体重度和侧墙高度成负相关关系。当岩体重度和侧墙高度一定时,可通过增加岩体的黏聚力和内摩擦角来控制侧墙的拉裂-滑移式片帮。侧墙单斜面剪切破坏是拉裂-滑移片帮的一种极限情况,当侧墙岩体的力学指标满足一定条件时,侧墙岩体由拉裂-滑移发展为单斜面剪切片帮。在此基础上分析了某隧道区间侧墙片帮岩体的前缘高度、水平坍塌宽度及后缘张拉裂隙深度等关键参数,为深埋隧道侧墙岩体片帮的有效控制提供了可以参考的计算分析方法,为合理确定该隧道围岩支护方案提供了科学依据。