高恒阻机械式单体支柱在回撤通道支护中的应用研究

摘要

工作面回撤通道支护是巷道支护研究方向的重要内容之一。回撤通道基本位于煤体中，由于煤体强度低，末采阶段受采动影响造成围岩变形严重，返修和维护成本较高，严重影响工作面的搬家速度。针对具体的工程地质情况，探索合理有效的工作面回撤通道控制技术是亟待解决的问题。基于此，本文以塔山煤矿1070水平二盘区工作面回撤通道支护为工程背景，采用理论分析、数值计算、室内试验和现场试验的方法，系统分析了高恒阻机械式单体支柱的工作原理和回撤通道变形破坏机理，在此基础上提出了回撤通道贯通前后围岩控制技术。论文得到的主要结论如下： （1）通过对8216工作面回撤通道矿压的实际监测，对回撤通道原支护形式、地应力测试和围岩变形破坏特征进行研究，得出了回撤通道贯通前后围岩呈现大变形、非对称的破坏特征，原支护方案下，支护阻力不能满足要求。 （2）建立了高恒阻机械式单体支柱支护阻力的计算模型，推导了支柱的平衡方程和稳定承载能力的计算公式。开展了支柱支护阻力分析的室内试验，分析了钢珠直径、柱筒斜面角度、钢珠层数、钢珠材质等对支柱支护阻力的影响规律。 （3）得到了回撤通道受采动作用的影响范围；采用FLAC3D软件，模拟分析了单体支柱与侧帮间距、支柱支护阻力、侧压系数对回撤通道围岩应力、位移和塑性区分布的影响规律。 （4）提出了回撤通道贯通前采用“机械式单体支柱-锚杆-锚索-金属网-钢带”的耦合支护方案，并进行了工业性试验。结果表明：相较于原支护方案，有效减少了顶板、底板和两帮的变形量。通过充分发挥机械式单体支柱高支护阻力的性能，能显著提高回撤通道围岩的稳定性。 （5）提出了8216工作面停采支护工艺以及工作面设备撤退期间的支护方案。通过现场观测，工作面设备撤退过程中，单体支柱支护比木垛支护具有良好的切顶卸压作用，减少了液压支架压架灾害的发生，缩短了设备回撤时间，最终节约支护成本约82万元。

目录

声明

致谢

变量注释表

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1工作面回撤技术研究

1.2.2采场覆岩运动规律研究

1.2.3末采阶段矿压显现规律研究

1.2.4工作面回撤通道围岩控制技术研究

1.3.1研究内容

1.3.2研究目标

1.4.1研究方法

.4.2 技术路线

2工作面回撤通道矿压显现规律及变形破坏特征

2.1工程概况

（1）矿井及工作面位置

（2）煤层顶底板岩性

2.2回撤通道原支护方案

2.2.1回撤通道原支护方案

2.2.2 原支护存在问题分析

2.3回撤通道地应力测试

2.4回撤通道锚杆轴力监测

2.5回撤通道围岩变形监测

2.6回撤通道变形破坏特征

2.6.1末采贯通前回撤通道变形破坏特征

2.6.2末采贯通后回撤通道变形破坏特征

2.7本章小结

3高恒阻机械式单体支柱支护原理及支护阻力分析

3.1支柱结构特征及支护原理

3.2支柱支护阻力力学分析

3.2.1单体支柱变形阶段划分

3.2.2单体支柱力学机理分析

3.3支柱支护阻力室内试验

3.3.1实验方案

3.3.2钢珠直径对支柱支护阻力的影响

3.3.3钢珠层数对支柱支护阻力的影响

3.3.4柱筒斜面角度和钢珠材质对支柱支护阻力的影响

3.4支柱支护阻力数值计算

（1）软件简介

（2）建立模型

（3）数值计算结果

3.5本章小结

4工作面回撤通道围岩稳定性影响因素分析

4.1回撤通道受采动影响范围的确定

4.2.1 工程地质条件

4.2.2数值计算模型

4.3支柱与侧帮间距对回撤通道围岩稳定性的影响

4.3.1回撤通道围岩应力分布特征

4.3.2回撤通道围岩位移分布特征

4.3.3回撤通道围岩塑性区分布特征

4.4支柱支护阻力对回撤通道围岩稳定性的影响

4.4.1回撤通道围岩应力分布特征

4.4.2回撤通道围岩位移分布特征

4.4.3回撤通道围岩塑性区分布特征

4.5侧压系数对回撤通道围岩稳定性的影响

4.5.1回撤通道围岩应力分布特征

4.5.2回撤通道围岩位移分布特征

4.5.3回撤通道围岩塑性区分布特征

4.6本章小结

5高恒阻机械式单体支柱在回撤通道支护中的应用

5.1工作面贯通前回撤通道支护方案设计

5.2工作面贯通前回撤通道矿压监测

5.2.1监测内容

5.2.2回撤通道围岩变形特征

5.2.3单体支柱变形特征

5.3工作面末采阶段停采支护方案设计

5.4工作面贯通后回撤通道支护方案设计

5.5工作面回撤过程中顶板支护效果分析

5.6回撤通道支护的经济效益分析

5.7本章小结

6主要结论

参考文献

作者简历

学位论文原创性声明

学位论文数据集