薄层状组合底板的底鼓机理及控制措施研究

摘要

随着煤矿开采深度的不断加大,底板稳定性问题将是深井开采中常见而重要课题。本文以亚美大宁煤矿402巷为工程背景,运用理论分析、数值模拟、现场观测等方法,针对薄层状组合底板底鼓发生机理、影响因素及防治措施进行了深入研究。具体研究工作及获得的有益认识如下:
　　 1)本文将巷道底鼓看成平面应变问题,并对底板上支承压力的分布做了一定的简化,通过弹性力学理论计算,得出巷道底板任意点的应力状态及各点之间的相对位移,进而运用岩体破坏强度理论判断出岩体是否发生破坏及薄层状组合底板率先破坏位置;
　　 2)针对薄层状组合底板,运用相应理论和算法可以分别得出巷道底板的粘弹性位移、塑性位移、岩体蠕变位移、底板表层折曲位移以及底板岩体破坏后的碎胀位移,从而可根据巷道所处的不同采掘阶段,对其底鼓量进行估算;
　　 3)针对薄层状组合底板,利用土力学地基算法及弹性力学薄板理论可得支承压力峰值的大小及峰值距煤壁表面的距离和底板分层的厚度对底鼓有重要影响4)利用数值模拟分别对不同赋存状态直接顶巷道、不同性质煤帮巷道、不同宽度巷道、不同高度巷道的底鼓状况进行了对比分析,从而得出直接顶的赋存状态、煤帮的岩性,巷道的宽度及高度对薄层状组合底板不同岩层稳定性的影响;
　　 5)针对留有间隔煤柱的巷道,分析了老顶关键块的不同断裂位置,所留煤柱宽度及直接顶和煤柱性质的相对强弱对底鼓的影响,指出在留有煤主的情况下会造成巷道偏一侧底鼓的现象;
　　 6)将现有锚固理论应用于底板的支护中,结合组合梁和加固拱理论给出底板的锚固参数设计方法,并利用夹持观点说明底板锚索加强支护的参数设计;
　　 7)针对薄层状组合底板,对项、帮普通支护与加强支护进行了数值模拟对比分析,结合大宁矿实际支护效果,得出加强顶、帮的支护强度对治哩底鼓的有重要作用;
　　 8)通过对墩柱力学性质的研究,分析了墩柱在底鼓防治中所能发挥的各种作用,并提出了合理的支设方法;
　　 9)针对大宁矿104采煤工作面推进期间三顺槽中间巷402巷道的底鼓状况,分析了回采期间该巷道发生一侧底鼓的力学机理及底板的破坏过程,给出该巷道在回采期间加强支护的措施;
　　 10)对402巷加强支护后的效果进行了长期的监测,确认了加强支护方案的合理性,并验证了墩柱支护在底鼓控制中的重要作用。