深部厚顶煤巷道围岩变形破坏机制及让压型锚索箱梁支护系统对比研究

摘要

随着煤矿开采进一步向深部发展，深部厚顶煤巷道支护问题越来越成为制约如巨野等深部厚煤层矿区高效开采的难题之一。现有的支护技术和材料难以满足此类深部厚顶煤巷道支护的需要，巷道易出现较大范围的破裂区，顶板煤体碎胀变形严重，极易出现离层，造成巷道顶板下沉量大且变形持久，给巷道围岩控制带来极大的困难，顶板事故风险大。
　　针对上述深部厚顶煤巷道支护难题，本文以巨野矿区赵楼煤矿为工程背景，利用现场监测、室内实验、数值分析、模型试验和现场试验等手段，进行深部厚顶煤巷道围岩变形破坏机制及让压型锚索箱梁支护系统对比研究，主要研究内容及成果如下：
　　（1）进行工程地质条件研究及原支护条件下现场监测研究，发现高地应力、煤质松软、煤岩交界面粘结力低及支护构件刚度、强度低且不耦合等因素的综合作用是造成该矿深部厚顶煤巷道顶板围岩碎胀变形严重、离层量大、变形持久不可控的主要机制。
　　（2）以“先控后让再抗”理念为指导，研制了让压型锚索箱梁支护系统，并提出了箱梁横向、纵向单梁、纵向双梁不同布置情况下的支护方案。
　　（3）对上述3种不同让压型锚索箱梁支护系统相关方案与原支护方案进行数值试验研究表明：让压型锚索箱梁支护系统相对于原支护方案对巷道顶板围岩具有更好的控制效果，且经济合理；其中效果最好的为纵向单梁方案，其次为纵向双梁方案，最后为横梁方案。
　　（4）通过对让压型锚索箱梁支护系统两种支护方案进行模型试验，研究了其围岩内部应力演化规律和内部基点变化规律。试验结果表明：采用让压型锚索箱梁支护系统纵单方案对巷道围岩的控制效果优于横梁方案。
　　（5）在赵楼煤矿3302运输顺槽进行了现场试验研究，进一步验证了让压型锚索箱梁支护系统，尤其是纵向单梁方案对深部厚顶煤巷道具有较好的控制效果，且经济合理。本文研究成果，为深部厚顶煤巷道提供一种行之有效的新型支护方式，具有重要的现实意义。

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1 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要内容与创新点

2 工程概况

2.1 矿井工程概况

2.2 3302工作面及顺槽概况

2.3 地应力测试

2.4 围岩物理力学性能测试

2.5 3302工作面顺槽前期现场监测

2.6 本章小结

3 厚顶煤巷道围岩破坏机制及控制对策数值试验研究

3.1 厚顶煤巷道围岩破坏机制分析

3.2 厚顶煤巷道围岩控制对策

3.3 数值试验研究

3.4 本章小结

4 地质力学模型试验研究

4.1 模型试验方案设计及模拟材料选定

4.2 模型试验系统

4.3 模型试验结果分析

4.4 本章小结

5 现场试验研究

5.1 方案实施及监测

5.2 PRABB支护系统支护效果实测分析

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 论文创新点

6.3 展望

致谢

参考文献