“三软”煤层回采巷道断面优化及平顶U型棚力学性能研究

摘要

在“三软”煤层条件下，回采巷道围岩力学性质差。如果巷道断面选择不当，会增大巷道围岩的维护难度。本论文综合运用理论分析（复变函数法）、数值计算（有限单元法）以及现场实测等研究方法，以邹庄矿3204工作面实际条件为背景，对不同断面形状巷道围岩的应力分布规律、位移分布规律以及不同形状U型钢支架在多种类型载荷作用下的力学性能开展较为系统的研究，主要得到以下结论：
　　1）从巷道围岩应力分布角度分析，直墙半圆拱形巷道围岩的受力条件最好，其次是平顶U形巷道，而矩形巷道最差。从巷道围岩位移分布角度分析，平顶U形巷道与直墙半圆拱形巷道的围岩位移分布规律相似，均优于矩形巷道；
　　2）综合考虑巷道围岩应力分布规律与位移分布规律得出，在“三软”条件下应选择直墙半圆拱形巷道或者平顶U形巷道，矩形断面巷道不适合在“三软”条件下使用；
　　3）从U型钢支架塑性区分布与位移分布角度分析得出，平顶U形支架、直墙半圆拱形支架在多种类型载荷作用下的承载能力处在同一个层次；
　　4）综合考虑巷道围岩应力与位移分布规律、U型钢支架力学性能以及3204工作面回采巷道超前支护三方面因素，最终选择平顶U形断面巷道。现场实测表明，巷道围岩变形量不大，能够满足回采时巷道稳定要求；回棚效率得到明显提高，保障了工作面的安全快速推进。

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1 绪论

1.1 问题的提出与研究意义（Subject Addressed and Research Meaning）

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

1.3 存在的问题（Existing Problems）

1.4 主要研究内容、研究方法及技术路线（Research Contents, Research Method and Technical Route）

2 巷道围岩应力分布规律

2.1 巷道围岩的力学模型（ Mechanical Model of Roadway Surrounding Rock）

2.2 应力的解析求解（Analytical Solution of Stress）

2.3 对应力的分析（Analysis of Stress）

2.4 本章小结（Brief Summary）

3 巷道围岩位移分布规律

3.1 位移的解析求解（Analytical Solution of Displacement）

3.2 对位移的分析（Analysis of Displacement）

3.3 巷道断面的初步选择（Preliminary Choice of Roadway Section）

3.4 本章小结（Brief Summary）

4U型钢支架力学性能分析

4.1 有限元模型的建立（Construction of Finite Element Method Model）

4.2 不同受力条件下的模拟结果（Solution of Simulation under Different Stress Boundary Condition）

4.3 本章小结（Brief Summary）

5 工程实例

5.1 巷道断面选择（Choice of Roadway Section）

5.2 巷道超前支护技术及围岩变形实测（Advanced Support Technique and Surrounding Rock Deformation Measurement of Roadway）

5.3 本章小结（Brief Summary）

6 结论

参考文献

作者简历

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