余吾煤矿动压大巷底鼓控制机理研究

摘要

本文以余吾煤矿西翼进风大巷受工作面扰动段作为研究背景，采用数值计算、理论分析的方法对大巷失稳机理、底鼓产生力学机理、不同底鼓控制技术与让压锚杆作用机理进行分析，提出底板U型钢反底拱+注浆锚杆与顶帮让压锚杆对大巷的联合支护技术，并利用工业性试验验证了该方案的合理性。主要研究成果如下： （1）巷道在工作面反复扰动影响下，锚喷支护结构内应力呈现明显的非均匀性，巷顶、巷肩与巷底均出现张拉应力集中现象，拱肩处出现剪切应力现象。对锚杆索受力特征进行分析可以得出：位于巷顶、巷肩和巷底处的锚杆索会首先发生破坏，局部支护结构失效后，局部围岩变形加剧，逐渐导致整体支护结构的破坏失效与围岩失稳破坏。 （2）以弹塑性理论为基础建立巷道底鼓力学模型，结合滑移线场理论推得底板最大深度理论公式，计算得出西翼进风大巷破坏深度为4.5m，同时利用VB对底板最大破坏深度与底板围岩应力、岩体内摩擦角与内聚力三种影响因素的关系曲线进行分析，结果表明巷道底板破坏深度与底板围岩应力呈正相关、与底板岩体内聚力c和内摩擦角φ呈负相关，为后文底板控制机理提供理论依据。 （3）通过数值计算对1.0m、1.4m、1.8m和2.2m四种卸压槽深度下围岩应力分布、围岩变形和破坏特征的研究，分析不同卸压槽尺寸时巷道底板控制效果，研究表明：随着卸压槽深度的增加，底板变形情况会逐渐得到改善，同时卸压槽两侧岩体增大的水平位移使得卸压槽也趋于闭合，但巷道顶板下沉量与两帮相对移近量会逐渐增加。 （4）以原支护方案作为对比方案，结合三种新的底板支护方案进行对比分析。分析结果得出：从控制巷道底板变形方面考虑，排除锚注支护。从整体巷道围岩影响来看，“卸压槽+注浆锚杆”会影响到巷道两帮与顶板围岩的稳定性，而“反底拱+注浆锚杆”则会通过控制底板处于稳定状态。最终结合围岩应力分布与破坏特征确定底板控制方案为“U型钢反底拱+注浆锚杆”联合支护。 （5）利用数值模拟的方式分析了不同让压距离下锚杆受力变化规律，让压距离为0mm时，巷道围岩应力集中区域的锚杆受力均发生破断失效，当让压距离增加至20mm时，所有锚杆都得到有效保护，因此选择锚杆让压距离为20mm。对不同让压距离下围岩变形规律进行分析，得出围岩变形量随着让压距离的增加呈现先降低后升高的变化规律。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1研究的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1 动压巷道围岩控制技术研究

1.2.2 巷道底鼓支护技术研究

1.2.3 让压锚杆支护技术

1.3研究内容与方法

1.3.1 研究内容与方法

1.3.2 主要技术路线

2 试验巷道变形破坏特征分析

2.1工程背景

2.2巷道变形破坏分析

1.受动压影响

2.围岩自身条件差

3.受反复修复影响

4.支护方式不合理

2.3动压巷道失稳分析

2.3.1 模型的建立

2.3.2 动压巷道锚喷结构应力分布特征

2.3.3 动压巷道预应力锚杆索受力特征分析

2.4巷道支护原则

2.5 本章小结

3 底鼓控制技术作用机理

3.1巷道底鼓原因分析与产生过程

3.1.1 底鼓主要影响因素分析

3.1.2 底鼓破坏过程分析

3.2巷道底鼓力学模型及力学分析

3.3底鼓控制方案及数值模型建立

3.3.1底鼓控制方案

3.3.2数值模型的建立

3.4卸压槽参数的确定

3.4.1 巷道围岩变形规律

3.4.2 巷道围岩应力特征

3.4.3 巷道围岩破坏特征

3.5不同方案围岩作用效果

3.5.1 不同方案围岩变形

3.5.2 不同方案围岩应力

3.5.3 不同方案围岩破坏特征

3.5.4 底板控制方案的确定

3.6 本章小结

4 让压支护作用机理分析

4.1高强让压锚杆力学特性分析

4.2高强让压锚杆支护作用机理

4.2.1 不同让压距离锚杆受力分布特征

4.2.2 不同让压距离围岩变形规律

4.2.3让压支护下围岩应力分布特征

4.3让压支护优化底板控制机理

4.4 本章小结

5 方案设计与工业性试验

5.1支护方案设计

5.1.1巷道注浆加固

5.1.2巷道顶帮锚杆（索）支护及喷浆

5.1.3巷道底板支护

5.2支护效果分析

5.2.1围岩表面位移监测结果分析

5.2.2锚杆（索）受力状态分析

5.3 本章小结

6 主要结论

参考文献

作者简历

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