曲江矿厚层复合顶板煤巷变形机理及控制技术研究

摘要

随着采深的不断增大，厚层复合顶板巷道围岩控制难度越来越大，成为了领域内关注的焦点。因此有必要对该类巷道的变形破坏机理和控制技术进行深入研究。本文以丰城曲江公司“深井厚层复合顶板煤巷及软岩巷道支护技术研究”项目为依托，采用理论分析、数值计算、现场测试等手段分析了厚层复合顶板的变形破坏机理，并提出支护技术与方案，并在工程实践中取得良好效果。
　　结合厚层复合顶板的特点，建立力学模型，将其简化成横向并联、纵向串联的分层岩梁，分析表明:抗弯刚度是顶板变形的关键，变形离层主要是水平应力的作用;采用纵横弯曲理论，得出由于分层岩性和厚度不同，致使变形不协调，软弱夹层的最大挠度小极易在附近发生离层。采用两端简支梁分析了挠度不同引起顶板离层。以悬臂梁分析了沿空掘巷的受力及弯曲变形，得出厚层复合直接顶关键块B的回转角较一般直接顶小，此时采用沿空掘巷比一般顶板更有利，沿空掘巷煤体变形可能小于实体煤巷道。
　　通过理论分析，得出了厚层复合顶板煤巷的破坏类型及其在不同支护形式下的变形破坏特征。分析了该类顶板变形破坏的影响因素。结合现场围岩内部探测及离层监测，得出厚层复合顶板煤巷围岩的内部特点及新支护对软弱破坏及离层的控制作用。
　　分析了厚层复合顶板的支护原则，并建立简化力学模型，探讨了围岩控制机理，分析了支护体对煤岩梁的弯矩及剪力的的影响，结果表明:支护阻力能减小塑性区和破碎区范围，而且支护阻力越大，对围岩的支护效果越好。探讨分析了(三层）复合顶板煤巷支护可能的关键部位，并采取相应的加强支护技术。以组合梁和叠合梁模型分析了锚杆的组合作用，结果表明:锚固好的组合梁能显著的提高复合顶板的抗弯刚度和抗弯强度，并减少最大挠度，且组合的分层越多，效果越好。分析了顶板和帮部锚杆、锚索的支护机理，得出锚杆和锚索都具有“减跨”的作用，同时探讨了如何实现锚杆、锚索的时空耦合及其作用，并对煤帮和顶板桁架锚索的支护机理进行了分析。
　　对曲江矿602风巷原支护方案失效的形式及原因进行了分析，提出了将“锚网索+桁架锚索”联合支护形式应用于现场。运用FLACD模拟分析了桁架锚索对厚层复合顶板沿空掘巷的作用，结合现场观测数据，并与原方案对比，表明:桁架锚索充分调动了深部岩体的承载作用，能够很好的控制巷道围岩的稳定。采用正交试验法，运用FLAC3D模拟各方案，并对比优选出最佳锚索支护参数。正交试验结果及现场实践结果显示:锚索并不是越长越好。可能原因有:锚索孔越深，锚固剂送达孔底也越困难，途中破裂的可能性也越大;锚索越长，其端锚基础所要“悬吊”的复合顶板分层越多，负担的岩层重量越大，其失效的可能也愈大。复合顶板比一般顶板更易产生层间滑移，也会增加锚索的“负担”。因此，7m便是该顶板支护效果好、经济合理的最佳锚索支护长度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 厚层复合顶板煤巷变形机理理论的研究进展

1．2．2 厚层复合项板煤巷的控制技术的研究现状

1．3 研究现状评述及存在的问题

1．4 研究内容与方法

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 研究方法与技术路线

第二章 厚层复合顶板煤巷的变形破坏机理研究

2．1 厚层复合顶板的主要特点及其受力分析

2．1．1 厚层复合顶板的主要特点

2．1．2 厚层复合顶板受力分析

2．2 厚层复合顶板煤巷的变形机理

2．3 厚层复合顶板煤巷的塑性区与破碎区研究

2．3．1 厚层复合顶板煤巷破碎区的产生及碎胀变形分析

2．3．2 厚层复合顶板煤巷塑性区的形成

2．4 复合顶板沿空掘巷岩层受力变形分析

2．5 本章小结

第三章 厚层复合顶板煤巷变形破坏特征分析

3．1 复合顶板煤巷的变形破坏类型

3．2 不同支护形式下厚层复合顶板煤巷的变形破坏特征

3．3 厚层复合顶板煤巷变形破坏的影响因素

3．4 厚层复合顶板煤巷围岩内部特点及顶板离层监测

3．4．1 围岩钻孔窥视

3．4．2 顶板离层监测

3．5 本章小结

第四章 厚层复合顶板煤巷控制机理及关键技术研究

4．1 厚层复合项板煤巷的支护原则及控制机理

4．1．1 厚层复合顶板煤巷的支护原则

4．1．2 厚层复合顶板煤巷的围岩控制机理

4．2 厚层复合顶板煤巷关键部位支护

4．2．1 无支护条件下确定关键部位

4．2．2 关键部位加强支护

4．3 厚层复合顶板煤巷关键支护技术研究

4．3．1 锚杆与锚索耦合支护应用于厚层复合顶板煤巷

4．3．2 桁架锚索梁应用于厚层复合顶板煤巷

4．4 本章小结

第五章 支护优化设计及工程应用

5．1 工程概况

5．2 原支护方案及失效原因

5．2．1 支护特点及原方案

5．2．2 支护失效形式及原因

5．3 锚索参数优选及新方案的确定

5．3．1 原支护与桁架锚索梁的数值比较

5．3．2 锚索参数优选

5．3．3 新方案的确定及其支护参数

5．4 现场支护效果监浏

5．4．1 测点布置

5．4．2 数据观测与对比分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

致谢

附录(攻读硕士学位期间的主要研究成果)