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深埋大断面煤巷锚杆破断机理与控制技术研究

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目录

致谢

1 绪论

1.1 问题的提出及研究意义(Present of the Problem and Research Meaning)

1.2 国内外研究现状(Present Research Situation of Home and Abroad)

1.3 主要研究内容及技术路线(The Main Research Contents and Technical Routes)

2 不同条件下煤巷围岩变形特征数值模拟研究

2.1 我国煤矿巷道发展的特点(Characteristics of the Development of Coal Mine Roadway in China)

2.2 不同条件下煤层巷道围岩变形特点(Deformation Characteristics of coal Surrounding Rock under different conditons)

2.3 深井大断面煤层巷道稳定性控制(Stability Control of Large Section Coal Seam Roadway in Deep Mine)

2.4 本章小结(Brief Summary)

3 深埋大断面煤巷锚杆破断及控制原理

3.1 锚杆破断形式分类及原因分析(Broken Form Classifications and Analysis of Causes of Bolts)

3.2 深埋大断面煤巷锚杆破断控制原理(Breaking Control Principle of Rock Bolts under Deep Large Section Roadway) 3.2.1 巷道围岩应力分布特征

3.3 深埋大断面煤巷锚杆破断控制技术(Bolt Broken Control Technology of Deep Large Section Roadway )

3.4 本章小结(Brief Summary)

4深埋大断面煤巷锚杆支护数值模拟研究

4.1 锚杆直径参数的数值模拟分析(Numerical simulation analysis of anchor diameter parameters)

4.2 二次支护参数的数值模拟分析(Numerical simulation analysis of two support parameters)

4.3 新巨龙矿井锚杆破断控制方案的确定(Determination of control scheme of bolt breaking)

4.4 本章小结(Brief Summary)

5深埋大断面煤巷锚杆破断控制技术现场应用研究5 Field Application Control Technology Research Deep Large Section Roadway bolt broken

5.1 试验巷道概况(Test Tunnel Survey)

5.2 巷道掘进、支护工艺(Tunnel Excavation and Supporting Technology)

5.3 锚杆破断控制方法(Breaking Control Method of Rock Bolts)

5.4 锚杆破断控制技术应用效果(Application effect of breaking control technology of bolts)

5.5 经济效益和社会效益分析(Economic Benefit and Social Benefit Analysis)

5.6 本章小结(Brief Summary)

6 结论

6.1 基本结论(Basic Conclusion)

6.2 创新点(Innovation Points)

参考文献

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摘要

随着我国煤矿开采深度的增加,巷道围岩的应力环境发生了显著变化,其中最显著的是地应力越来越高,高地应力等复杂条件下大断面煤巷锚杆破断诱发的支护结构失效问题逐渐显现,严重威胁煤矿的经济效益及安全生产。为解决深井大断面巷道支护锚杆破断的现实问题,本文通过理论分析研究了锚杆受复杂应力条件下(轴向拉伸载荷、横向剪切载荷、切向扭转载荷)的力学特征,采用数值模拟的方法研究了深井巷大断面的围岩变形规律及其在支护条件下锚杆、锚索等支护结构的变形特征,根据锚杆材质、破断力源和位置对锚杆破断形式进行了分类,推导了拉伸载荷、剪切载荷复合作用下锚杆轴向拉伸应力的计算公式,基于新巨龙煤矿现场调查结果,结合锚杆破断形式,分析了各锚杆破断的原因,并针对性提出了使用二次支护、加大锚杆直径等控制措施,同时提出了深埋复杂应力条件下锚杆破断控制方案,并对方案参数进行优化。
  本研究主要内容包括:⑴锚杆承受的轴向拉伸载荷主要来自煤体塑性扩容、膨胀及岩层离层,锚杆承受的横向剪切载荷主要来自岩层错动,锚杆承受的扭转载荷主要来自预紧力施加过程。因此,认为锚杆承受轴向拉伸载荷及横向剪切载荷都属于围岩对锚杆进行位移加载,锚杆承受切向扭转载荷属于人为的应力加载。⑵深埋大断面煤层巷道围岩具有变形量大、变形区域大、塑性区大的特征,该类巷道锚杆、锚索联合支护的可靠工艺在于“锚杆先刚后柔、锚索先柔后刚”,利用锚杆自身的延伸量和锚索端部安装的多级让压结构适应围岩变形大的特点。⑶根据锚杆破断力源,将锚杆破断形式分为剪断、脆断、折断、拉断、崩盘、退帽、崩盘等六类;根据锚杆材质,将锚杆破断形式分为等强全螺纹锚杆破断、小螺距高强锚杆破断、锚索破断等三类;根据锚杆破断位置,可将锚杆破断形式分为肩角、肩窝、顶板靠帮第二根、顶板中部、帮部靠顶板第二根、帮中部等六类。⑷提出深埋复杂应力条件下锚杆破断控制思想(提高锚杆材料的极限载荷或减小锚杆实际承受的载荷)和四种控制方案(加大锚杆尺寸、加强锚杆材料、减弱支护刚度、实施二次支护)。

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