东峰煤矿3号煤工作面巷道锚杆支护方案合理性研究

摘要

随着锚杆支护技术的发展和推广应用，锚杆支护已经成为煤矿巷道的主要支护方式。由于巷道围岩条件的复杂性和现有锚杆支护理论的局限性，很多煤矿在锚杆支护方案选取过程中存在一定的不合理支护现象。
　　本文以东峰煤矿3号煤层工作面巷道为研究对象，分析了巷道的围岩条件，指出3号煤工作面巷道断面较小，围岩完整性较好，且距顶板6.5m处的厚硬细砂岩有利于巷道稳定。对锚杆支护设计理论进行了分析，指出在破碎岩层中，锚杆主要起挤压加固和悬吊作用；在完整岩层中，则主要是改善围岩应力状态。通过分析锚索的稳固性，得出具有相同承载能力时从跨中到两帮，锚索的长度逐渐变短；而锚索长度相同时，从跨中到两帮稳固性逐渐提高。通过实验室实验得到了煤岩体力学指标。并运用相似材料模拟实验研究了巷道的变形破坏特征和锚索的稳固性，得出巷道垮落角为55°，最大垮落高度约为2m，锚索偏心布置比跨中布置的稳固性较好。基于研究成果，又结合工程类比法设计了单排锚索偏心布置的锚杆锚索联合支护方案，新支护方案与原支护方案相比，主要减少了1排顶板锚索，并将锚索长度由8.4m缩短至6m。通过数值模拟和工程试验，对比分析了新、原支护方案的支护效果、对掘进速度的影响和经济效益，结果显示新支护方案能够满足巷道安全使用的要求，且掘进速度提高了12.50%，支护材料费用减少了约17.50%。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容、方法及技术路线

23号煤工作面巷道条件及分析

2.1 矿井概况

2.2 巷道围岩条件

2.3 围岩应力

2.4 煤岩体力学参数测定

2.5 围岩稳定性分类

2.6 本章小结

3 锚杆支护设计理论分析

3.1 锚杆作用机理及设计原则

3.2 锚索作用机理及设计原则

3.3 托板和金属网的作用及设计原则

3.4 钢筋梯的作用

3.5 本章小结

4 巷道支护相似材料模拟研究

4.1 实验设计

4.2 实验过程

4.3 实验结果与分析

4.4 锚索稳固性实验

4.5 本章小结

5支护方案设计及数值分析

5.1 设计方法选择

5.2 单排锚索偏心布置锚杆锚索联合支护方案设计

5.3 基于加固梁的锚杆参数验算

5.4 数值分析

5.5 本章小结

6 工程试验及支护方案合理性分析

6.1试验巷道概况

6.2 观/监测方案布置及结果

6.3 观/监测结果分析

6.4 支护方案合理性分析

6.5 本章小结

7 结论

致谢

参考文献

附录