关于新型延性薄层喷涂技术在煤矿巷道中应用的支持机制的研究

《Scientific Reports》：Research on supporting mechanism and application of new ductile thin spraying technology in coal mine roadway

　　

摘要

道路的安全性和稳定性是煤矿实现安全、绿色、高效生产的基本保障，而道路周围岩体的地表支护对整个支护系统的稳定性和有效性至关重要。然而，目前大多数煤矿仍采用传统的喷射混凝土技术进行地表保护，这种技术存在柔韧性差、容易脱落和开裂、运输及劳动力成本高、环境污染严重以及回弹率高等缺点；仅有少数煤矿采用了新型的柔性薄层喷射技术，但其支护机制、适用条件及应用效果仍不明确，仍处于工程应用探索阶段。本文首先对柔性薄层喷射涂层的支护机制进行了详细的理论分析，包括地表保护与协同支护的作用。其次，利用有限差分软件FLAC3D和离散元软件3DEC进行了数值模拟与对比分析，研究了新型柔性薄层喷射材料与传统喷射混凝土材料在道路支护中的效果。模拟结果表明，柔性薄层喷射材料更有利于改善道路周围岩体浅层岩石的应力环境，增强岩体自身的承载能力，抑制锚杆间松散岩块的位移和滑动，优化整个支护系统的应力状态，从而显著提高道路支护系统的稳定性。该技术特别适用于两种类型的煤岩巷道：“质量较差+中硬岩/硬岩”以及“一般质量+软岩/中硬岩”。最后，新型柔性薄层喷射技术已在常平煤矿的底抽巷道中进行了工业试验，现场测量结果显示，该技术有效控制了道路周围岩体的整体变形，改善了支护构件的应力状态，应用效果良好。本文的研究结果对于认识道路周围岩体地表支护的重要性以及新型柔性薄层喷射技术的推广和应用具有重要的参考和指导意义。