复合顶板巷道薄弱部位破坏机理与支护研究

摘要

在煤巷等地下工程中,巷道片帮冒顶,底鼓,顶板塌落极为常见。据不完全统计,巷道顶板事故占煤矿事故的59％以上。巷道变形破坏规律极为复杂,目前支护理论不完善,主要以采用工程类比法为主,支护设计时缺乏科学理论指导,无法保证巷道的安全。
　　本文以兖州兴隆煤矿为研究背景,利用理论分析、室内实验、数值模拟对复合顶板巷道的薄弱部位进行研究。运用 RFPA和 FLAC3D对复合顶板巷道破坏机理和薄弱部位进行分析,可知:
　　(1)利用 RFPA软件,建立不同薄弱部位的模型,模拟巷道的破坏形式,发现当巷道两帮为薄弱部位时,巷道两帮出现坍落与片帮现象;当巷道底板与两帮为薄弱部位时,底板出现了冲切形式的破坏,同时两帮出现坍落与片帮现象;当巷道顶板为薄弱部位时,先从两帮与顶板的交界处发生破坏,随后破坏范围扩大,顶板出现坍塌与冒顶现象,最终导致巷道顶板的破坏。
　　(2)用FLAC3D模拟巷道的不同薄弱部位(两帮为薄弱部位、两帮与底板为薄弱部位、顶板为薄弱部位),靠近巷道1m到2m范围内的岩体应力比较小,而巷道周围3m到4m范围内的岩体应力较大。
　　(3)以兖州兴隆煤矿巷道顶板的受荷状况及岩性试验数据为参考,建立了不同排距和间距下的单锚杆支护巷道模型和联合支护巷道模型,以考察顶板的变形,研究表明通过改变锚杆的排距和间距,单锚杆支护方式下顶板变形量最多可减少至160mm;锚杆锚索联合支护方式下顶板变形量最多可减少至90mm,相比于无支护下的顶板变形量,说明采用锚杆、锚索联合支护能最有效的控制巷道的变形。
　　本文研究的结果能够为巷道的支护设计以及联合支护的工程应用提供理论依据。

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1绪论

1.1国内外研究现状和主要理论

1.2问题的提出及研究意义

1.3本文研究的主要内容及技术路线

2深部围岩物理力学性质试验研究

2.1概述

2.2现场采样情况

2.3试验条件及试件制备

2.4现场取样试验测试及结果分析

2.5本章小结

3复合巷道变形破坏机理分析

3.1复合顶板巷道的特征

3.2岩石断裂破坏机理

3.3软件介绍

3.4薄弱部位破坏机理研究

3.5本章小结

4兖州兴隆煤矿巷道破坏与支护方法研究

4.1巷道顶板结构破坏分析

4.2无支护巷道的数值模拟

4.3锚杆锚索支护的理论分析

4.4支护设计

4.5锚杆和锚索的参数计算

4.6数值模拟与方案设计

4.7 本章小结

5结论与展望

参考文献

在学研究成果

致谢