锚杆支护弱冲击地压巷道机理研究

摘要

我国煤矿大都已进入深部开采期，因采深增加而引起的冲击地压事故也逐年增加，造成了重大的人员伤亡和经济损失。国内外学者也研究来很多支护方法来提高矿井巷道的抗冲击性，但支护机理仍不十分明确，需要进一步探究。型钢支护等被动支护形式，在冲击地压巷道的应用效果并不理想，因其抗冲击能力差，容易被压折推倒。锚杆作为主动支护的柔性的支护形式，在冲击地压巷道支护上有天然的优势。
　　利用理论分析、数值模拟来进行锚杆支护弱冲击地压巷道机理的研究。利用能量理论、极限平衡区理论进行分析，并得出：（1）支护需要增加煤岩体的强度；（2）支护需要增加煤岩体的变形，且支护体系必须适应煤体的这种变形；（3）支护体系要能够显著增加煤体的残余强度，降低煤体残余强度的衰减速度，增加残余阶段约束煤体储存弹性能的能力；（4）现今的高强度锚杆能满足弱冲击地压巷道的支护要求。
　　利用格里菲斯强度理论、莫尔强度理论推导发现：锚固体的抗压强度、抗剪强度、残余抗压强度和残余抗剪强度会随着锚杆强度增加而增加。利用损伤力学，建立煤体和锚固体的损伤本构模型，根据建立的损伤模型发现：（1）施加锚杆后，锚固体的峰前极限强度及峰后残余强度均得到了提高，且对残余强度的强化大于极限强度；（2）锚杆支护冲击地压巷道的关键在于延伸率能否适应冲击荷载下煤体的大变形；（3）提高锚杆抗拉强度能增加锚固体抗压强度、残余强度，减小锚固体软化模量，降低锚固体冲击倾向性。
　　利用有限差分软件FLAC3 D来对龙固矿7303工作面回风巷进行支护模拟，发现：锚杆支护能有效控制巷道的冲击破坏，并且随着高锚杆强度的提高，巷道围岩塑性区范围在减小，围岩受力得到改善，顶板下沉量、两帮形变量都在逐渐减小。
　　通过综合指数法，确定了龙固矿7303工作面回风巷为弱冲击地压巷道。通过在现场设置对比试验，并通过位移监测、电磁辐射监测法进行检测对比，发现：采用高强度锚杆进行支护后，发现取得了较好的支护效果。

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1 绪 论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 冲击地压研究现状

1.3 国内外冲击地压巷道支护研究现状

1.4 国内外锚杆支护研究现状

1. 5 冲击地压巷道锚杆支护研究现状

1.6 锚杆支护冲击地压巷道存在的主要问题

1.7 本文主要研究内容

1.8 研究方法及技术路线

2 弱冲击地压巷道支护原理

2.1 冲击地压发生的能量条件

2.2 巷道弱冲击地压发生机理

2.3弱冲击地压巷道的支护原理

3 锚杆支护弱冲击地压巷道原理

3.1 锚杆种类及构件

3.2 锚杆支护理论

3.3锚杆分级支护冲击地压机理分析

3.4 本章小结

4 FLAC数值模拟分析

4.1 软件简介

4.2 龙固矿7303工作面回风巷模拟

4.3 本章小结

5 现场应用及结果

5.1冲击危险分析

5.2 7303工作面回风巷冲击危险性预测

5.3 龙固矿7303工作面回风巷支护

5.4 巷道锚杆支护效果检测方法

5.5 本章小结

6 主要结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的学术论文

B. 参与的科研项目