全煤巷道断面刷大开挖顺序及支护方案研究

摘要

为了解决中小煤矿资源整合过程中所遇到工程技术方面的难题,推动煤炭工业新技术在矿井建设方面的运用,本文以山西煤炭运销集团陕庄煤矿南回风大巷与东回风大巷断面刷大工程为研究背景,运用弹性薄板弯曲理论、有限差分法、钻孔窥视等理论和方法对全煤巷道围岩结构特征进行了较为系统地研究,建立了反映其基本特征的力学模型,并对其矿压显现的一般规律进行了全面分析,揭示了全煤巷道变形破坏特征的产生机理,分析了刷大开挖施工过程中围岩的力学效应,为全煤巷道断面刷大施工提供合理的拆卸、开挖、支护方案。
　　 简而言之,本文在巷道断面刷大施工中的研究可以归纳以下几点:
　　 (1)对全煤巷道围岩的结构特征及矿压显现规律进行了深入研究。
　　 (2)系统地分析了全煤巷道围岩常见变形破坏特征和机理,及刷大开挖造成顶板岩层变形破坏机理。
　　 (3)对在不同倾角的煤层中开挖巷道造成的围岩变形破坏特征进行了系统地研究。在水平层状围岩体中,围岩顶板处岩层易发生拉断、离层、或形成不规则冒落地带。在倾斜层状围岩体中,倾斜岩层在不对称应力作用下变形破坏,巷道一侧上部拐角处最先发生破坏,破坏也最为严重。在急倾斜层状围岩岩体中,随着岩层倾角的增加,围岩结构的不对称性加强,所以围岩的水平应力和垂直应力更表现出高度的非对称分布,进而造成煤层沿层面滑移,造成左上角煤帮大面积破坏。
　　 (4)对金属棚子支护及锚杆支护进行了详细的对比分析。相比金属棚子结构支护,锚杆支护更适合大断面全煤巷道支护,将松散的煤体锚固成一个稳定的整体结构,以保持全煤巷道的稳定性。
　　 (5)依据弹性薄板弯曲理论,建立力学模型并分析计算可得理论拆卸长度公式12qa2b4＜(2h2π2a2b2+3h2π2a4+3h2π2b4)σ,再根据巷道棚子支护实际布置间距,一次拆卸木棚支护的合理长度确定在2m,采取边拆、边开挖、边支护的施工方法较为符合工程进度与安全要求。
　　 (6)系统地分析了巷道断面形状选择的影响因素及矩形、拱形两种巷道断面布置形式下的围岩力学效应。
　　 (7)最优的巷道断面刷大开挖顺序确定为第一步开挖顶板煤层,第二步开挖两帮煤层。
　　 (8)系统地分析了锚杆长度、锚杆密度、边角锚杆角度等支护参数的设置对全煤矩形巷道围岩应力分布及变化特征、塑性破坏区分布范围的影响,确定最优锚固支护方案。
　　 (9)从全煤巷道锚固支护效果来分析,分步支护优于整体支护。