直角梯形板破断与应力传播对底板跨采巷道支护规律研究

摘要

我国很多矿区都存在近距离煤层群采动影响底板巷道的稳定问题，尤其是受跨采影响的底板巷道围岩破坏机理复杂，支护困难，因此近距离跨采巷道稳定性控制十分困难。底板巷道受近距离煤层群采动影响实际上是采动过程中的动静压交替作用下的巷道破坏问题，从而造成巷道维护困难，进而影响煤矿安全生产的重要原因之一。论文以仲恒煤矿10304采面倾斜长壁开采为工程背景，综合运用室内试验、理论分析及数值模拟等手段，对大倾角直角梯形采场关键层破断机理及传播规律进行研究，探究了倾斜煤层采动影响的巷道围岩压力分布规律和传播原理，实现巷道合理的分区段分层次支护。
　　主要研究内容及结论：利用弹性薄板理论建立了倾斜状态下直角梯形薄板关键层力学模型，并采用康托洛维奇方法求解得到两邻边固支两邻边简支直角梯形薄板关键层的弯曲下沉解析解和应力分布表达式，对倾斜直角梯形关键层应力演化规律进行理论分析，探讨了工作面煤体应力值的变化规律；运用 PFC数值模拟研究，倾斜直角梯形采面底板的应力分布规律及跨采底板裂隙发育规律。结果表明：底板应力峰值集中在采面的中部附近，在高应力区底板裂隙更为发育，结合底板与煤层距离的不同，建立力学模型分析不同层位状态条件下底板应力的大小及传播规律。利用PFC模拟软件对跨采巷道上方的应力状态进行监测和分析并提出合理的支护方案。
　　结合倾斜直角梯形的应力演化规律和超前支承压力的影响，分析推导工作面煤壁的载荷动态分布表达式，在底板应力传播的基础上综合分析巷道稳定性，并利用数值模拟监测分析应力传播规律并确定仲恒煤矿底板巷道12轨道运输石门分区支护的界定，在及时支护和永久支护的基础上提出主动支护和被动支护结合的双耦合支护方式来应对跨采的围岩变形调动深部岩层自身的承载能力，来保证跨采的安全以提高生产率。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与技术路线

2 直角梯形薄板关键层破断理论分析

2.1 直角梯形薄板关键层力学模型

2.2 直角梯形薄板关键层弯曲解析解

2.3 直角梯形薄板关键层破断形式

2.4 直角梯形薄板关键层应力演化

2.5 直角梯形薄板关键层破断规律

3 采动支承压力在底板巷道传播规律分析

3.1 基于调斜开采下支承压力的分布

3.2 基于采动破断应力对底板巷道的影响

4 直角梯形采场底板破坏颗粒流模拟

4.1 直接拉伸数值实验

4.2 10304采场开采后底板应力模拟

5 跨采巷道的支护设计

5.1 不同区段下的合理支护设计

5.2 巷道的监测分析

5.3 底板石门巷道数据分析

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要成果