深部动压影响下的巷道锚杆受力特征及支护优化研究

摘要

锚杆支护是目前我国煤矿巷道最主要的支护形式。随着煤矿采深的增加，地压越来越大，巷道围岩稳定性控制对煤矿安全生产越来越重要，而动压巷道锚杆支护状态的检测和监测对围岩稳定性控制具有重要意义。另一方面，出于对安全的重视，很多煤矿存在锚杆支护过剩的现象。如何在保证巷道围岩稳定的前提下提高对锚杆强度的利用率，实现降本增效也是煤企亟需解决的问题。本课题综合运用现场实测、数值模拟、理论研究的手段对深部动压巷道锚杆受力变化特征和围岩变形规律进行了研究，并提出了锚杆支护参数优化方法。主要研究成果如下：
　　(1)研究了动压巷道变形规律及破坏机理，并基于弹性动力学原理开发了动压巷道锚杆支护状态的无损检测技术和方法。
　　(2)通过现场试验获得了巷道锚杆受力随工作面推进的变化规律和巷道围岩的变形特征。结果表明工作面前方40m范围内锚杆开始受到采动影响，受力逐渐增大，平均增幅为30％。同时发现巷道锚杆杆体强度还有较大富余量，最少为40%。
　　(3)建立了三维数值计算模型，得到了动压巷道围岩应力分布和变形规律，并与实测数据进行了对比验证，在此基础上提出了“检测-建模-验证-优化-计算”的巷道锚杆支护优化设计方法。
　　(4)基于所提出的巷道锚杆优化设计方法，对高河煤矿W1310工作面巷道锚杆支护进行了优化设计，并进行了现场应用。结果表明所采用的锚杆支护方案能有效控制巷道的变形，并节约了大量成本。

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变量注释表

1 绪论

1.1研究背景及意义（Issue Presentation and Significance）

1.2国内外研究现状（Research Status at Home and Abroad）

1.3主要研究内容（Main Research Contents）

1.4研究方法与技术路线（Methods and Technique Course）

2 动压巷道锚杆受力无损检测原理与技术

2.1动压巷道围岩失稳分析(Dynamic Pressure Instability Analysis of Roadway Surrounding Rock)

2.2锚杆轴力无损检测原理与技术（Non-destructive Testing Theory and Technology of Bolt）

2.3 本章小结(Summary)

3 动压巷道锚杆受力变化规律现场实测与分析

3.1试验地点地质条件概况(Profile of Mining Geological Conditions in Study Area)

3.2检测参数标定与方案设计（Test Parameters Calibration and Scheme Design）

3.3锚杆受力检测结果与分析（The Bolt Load Test Results and Analysis）

3.4巷道围岩变形监测结果及分析（Surrounding Rock Deformation Monitoring Results and Analysis）

3.5 本章小结(Summary)

4 动压巷道围岩变形与锚杆受力变化数值模拟

4.1数值分析软件及分析基本原则（Numerical Analysis Software and Basic Principles）

4.2数值计算模型及方案(Numerical Calculation Model and Schemes)

4.3数值模拟的计算结果与分析（The Numerical Simulation Calculations and Analysis）

4.4数值模拟与实测结果的对比分析(Analysis and Contrast with Numerical Simulation and Measured Results)

4.5 本章小结（Summary）

5 动压巷道锚杆支护优化设计方法及方案

5.1锚杆支护优化设计的原则与指标(The Principle and Parameter of Optimization Design)

5.2 基于锚杆无损检测的支护优化设计方法(Support Optimization Design Method Based on Non-destructive Testing)

5.3 高河矿动压巷道锚杆支护优化设计方案（ Optimization Design Scheme of Bolt Support in Gaohe Coal Mine）

5.4优化方案数值模拟(Numerical Simulation of Optimization Design Scheme)

5.5 本章小结（Summary）

6 动压巷道锚杆支护优化设计方案现场应用

6.1现场应用方案(Field Application Project)

6.2支护效果监测及分析(Supporting effect monitoring and analysis)

6.3支护方案优化前后经济效益分析(Economic Benefit Analysis)

6.4 本章小结（Summary）

7 主要结论与展望

7.1主要结论(Main Conclusions)

7.2 展望(Prospects)

参考文献

作者简历

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