段王矿8+9号煤层特厚复合顶板巷道控制机理与技术研究

摘要

本文以段王矿8+9号煤层特厚复合顶板巷道为研究对象，针对在原有支护方案下巷道大变形、顶板离层严重，甚至锚固区整体垮落的难题，开展了复合顶板厚度10.07m的特厚复合顶板巷道控制机理与技术研究，取得以下主要成果： 1）建立力学模型，对影响复合顶板巷道离层的主要因素进行定性研究，结合8+9号煤层的实际，揭示了影响8+9号煤层特厚复合顶板变形失稳的主要因素：巷道跨度4700mm，锚杆预紧力仅有10kN，顶板10m范围内均为软弱岩体，单层厚度不超过1.5m，在的垂直应力和水平应力作用下，最终导致顶板的变形失稳。 2）建立了8+9号煤层特厚复合顶板的自然平衡拱的求解模型，计算出特厚复合顶板巷道顶板的破坏高度为4362mm，两帮的破坏范围是2221mm，通过现场实验得出：增加锚杆的预紧力可以有效控制特厚复合顶板浅部围岩的离层，但对锚固区以外的深部围岩离层控制效果微弱。 3）建立FLAC3D数值模拟模型，分析了支护体的长度、支护体的倾斜角度以及锚索的预紧力三个方面对特厚复合顶板下沉量的影响，确定了各个支护体的合理长度：顶板锚杆2600mm，帮锚杆2200mm，锚索8000mm，选定了支护体的倾斜角度：顶板两角锚杆、锚索倾斜75°安设，帮部顶角锚杆倾斜25°安设，同时明确了在锚索的许用应力范围内，应尽可能加大预紧力。 4）确定合理的支护方案，锚杆间排距距800mm×1000mm，顶板锚杆长度增加至2600mm，顶板锚索长度增加至8000mm，帮部锚杆长度增加至2200mm，顶板两角锚杆、锚索倾斜75°安设，帮部顶角锚杆倾斜25°安设，在090507工作面进行工业性试验，掘进期间的顶板最大下沉量为57mm，帮部收敛量为64mm，回采期间，在距离工作面70米以外时，顶板及两帮的收敛速度小于8mm/d；当工作面推进至观测截面70m以内时，顶板及两帮的收敛速度均大于8mm/d，尤其是当测试截面接近超前应力峰值区时，变形收敛速度骤然增大，达到20mm/d；顶板最大下沉量73mm，两帮收敛量为79mm，可以满足生产需求。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1研究背景与意义

1.2.1特厚复合顶板失稳机理研究现状

1.2.2特厚复合顶板支护原理研究现状

1.3 存在的问题

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线图

28+9号煤层特厚复合顶板巷道自稳能力分析

2.1复合顶板离层破坏的影响因素分析

2.1.1 复合顶板岩层的性质

2.1.2 锚杆预紧力

2.1.3 巷道的跨度

2.1.4 巷道两帮的强度

2.1.5 锚网的刚度

2.2.1 地质条件概况

2.2.2工程概况

2.1.3现有支护方案效果评价

2.3影响8+9号煤巷道自稳能力的关键因素分析

2.3.1客观因素分析

2.3.2工程因素分析

2.4本章小结

38+9号煤特厚复合顶板巷道自稳范围的确定

3.1基于普氏理论的巷道自然平衡拱的确定

3.1.1任意介质中自然平衡拱求解

3.1.2 8+9号煤特厚复合顶板巷道相关参数的确定

3.2 锚杆预紧力对自然平衡拱内顶板离层的控制效果分析

3.2.1 8+9号煤090507工作面回风顺槽顶板离层测试

3.2.2离层测试数据分析

3.3本章小结

4 不同影响因素下特厚复合顶板巷道支护效能的模拟及分析

4.1方案提出及模型建立

4.1.1 模拟方案

4.1.2 建立模型

4.2支护体长度对特厚复合顶板支护效果的影响

4.2.1 顶板锚杆长度对特厚复合顶板支护效果的影响

4.2.2 顶板锚索长度对特厚复合顶板支护效果的影响

4.2.3 帮锚杆长度对特厚复合顶板支护效果的影响

4.3 支护体倾斜角度对特厚复合顶板支护效果的影响

4.3.1 顶板两角锚杆、锚索倾斜角度对特厚复合顶板支护效果的影响

4.3.2 帮部顶角锚杆倾斜角度对特厚复合顶板支护效果的影响

4.4锚索预紧力对特厚复合顶板支护效果的影响

4.5本章小结

5 090507工作面工业性试验

5.1试验地点概况及地质条件

5.1.1 试验地点概况

5.2.1 支护方案

5.3试验巷道围岩变形观测及分析

5.3.1 掘进期间巷道收敛情况及分析

5.3.2 回采期间巷道收敛情况及分析

5.4本章小结

6 主要结论

参考文献

作者简历

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