螺纹钢锚杆对巷道顶板稳定性的影响与实验研究

"顶板锚固区岩层变形破坏特征实验研究" 本文主要探讨了矿井巷道掘进过程中遇到的局部冒顶问题，通过相似模拟实验和数值分析实验，研究了不同支护形式对顶板锚固区域煤岩层变形破坏的影响。作者孙喜贵在煤炭科学研究总院进行了深入的研究，旨在提升矿井顶板的安全性。 实验针对一个平均埋深200米、煤厚5.07米、巷道高度3.5米的矿井，其中顶板有1.5米的煤层，煤层结构为条理状，具有较高的原生裂隙发育度。上覆岩层由8米厚的砂质泥岩和15米厚的中砂岩构成，这些岩石的物理力学参数对支护设计至关重要。 在实验中，比较了A3圆钢锚杆和螺纹钢锚杆两种不同的支护方式。使用A3圆钢锚杆时，当载荷达到2.4千牛时，岩层开始局部垮落，而3.6千牛的载荷会导致顶板完全垮落，冒落高度2.4米超过了锚杆的锚固范围，无法有效维持顶板稳定性。这显示了A3圆钢锚杆在应对这种工况下的局限性。 相比之下，采用螺纹钢锚杆后，支护结构的承载力显著提高至6.24千牛，比A3圆钢锚杆提升了73%，并且超过了实际矿井上覆岩层的载荷。螺纹钢锚杆能更好地形成完整的锚固结构，有效抑制煤岩层的离层现象，从而增强顶板结构的承载能力，降低冒顶风险。 通过对比分析，可以得出结论，对于存在局部冒顶问题的巷道，采用螺纹钢锚杆作为支护材料可以极大地改善顶板的稳定性，提高矿井的安全系数。这一研究对矿井的支护设计提供了科学依据，有助于优化巷道掘进过程中的安全措施，减少事故的发生。 此外，实验结果也提示了在设计支护方案时，应充分考虑岩层的物理力学特性，选择适合的支护材料和结构，以适应不同的地质条件。同时，通过数值分析与实际模拟实验相结合的方式，能够更准确地预测和评估支护效果，为矿井安全生产提供有力的技术支持。