深部综采面超前支护体-锚固围岩耦合机理与应用

摘要

针对深部矿井工作面超前支护难度大且标准不一的问题，围绕综采面超前支护体与锚固围岩间的耦合机理，开展了深部工作面超前支护参数与方法选择的研究。论文采用理论分析、数值模拟以及现场实测相结合的研究方法，以唐口矿工程地质条件为基础，分析了深部工作面超前支承压力的分布特征，研究了在支承压力影响下超前段顶板的稳定性，建立了计算工作面超前段支护强度与顶板下沉量的力学模型，提出了工作面超前段支护强度与支柱可缩量的计算方法，为工作面超前段支护参数的确定提供了一定的理论基础。主要成果如下： （1）对深部采场超前支承压力分布特征进行了研究。分析了不同工作面长度、不同采高、不同埋深条件下的支承压力强度与影响范围，得到了不同条件下的初次来压步距、周期来压步距、应力集中系数、应力峰值点位置，并对比分析了来压期间与非来压期间工作面超前段支承压力的分布特征。 （2）建立了工作面超前段顶板稳定性分析的力学模型，计算了顶板在超前支承压力作用下产生的弯矩与挠度，提出了工作面超前段围岩破坏判据的表达式，并分析了来压期间与非来压期间顶板的稳定性。 （3）研究了超前支护体-锚固围岩间的强度耦合机理。建立了计算工作面超前支护强度的力学模型，得到了计算来压期间与非来压期间超前支护强度的表达式，对比分析了单体支柱与超前架组支护强度计算时的区别，提出了基于超前支护体与锚固围岩强度耦合的超前支护强度计算方法。 （4）研究了超前支护体-锚固围岩间的变形耦合机理。建立了超前支护变形量计算的力学模型，对比分析了来压期间与非来压期间工作面超前段顶板的变形量，提出了基于超前支护体与锚固围岩变形耦合的超前支护可缩量的计算方法。 （5）唐口矿的工业性试验表明，基于综采面超前支护体与锚固围岩的耦合机理，确定的超前支护参数与方法，可有效地控制深部综采面超前段围岩的变形。

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