倾斜煤层巷道预应力锚杆（索）支护技术研究

摘要

煤炭一直占我国能源的70％以上，在国民经济建设中占有举足轻重的地位。由于煤层的赋存条件非常复杂，倾斜煤层巷道普遍存在。能否建立适合倾斜煤层巷道的锚杆(索)支护计算模型，解决好倾斜煤层巷道的支护等问题，是倾斜煤层巷道顺利开掘和安全生产的关键，迫切需要深入的研究和探索。 本文以乌兰煤矿8号煤层5867机巷为主要研究对象，系统的分析了锚杆(索)支护的基本理论及设计方法，对预应力锚杆(索)对巷道围岩的控制作用机理作了较为深入的研究，并对不同锚固方式条件下，预应力锚杆的受力特点进行了分析，指出把合理的锚杆(索)预应力纳入到倾斜煤层巷道锚杆支护参数设计之中，对倾斜煤层巷道支护的稳定性具有十分重要的意义。 在理论分析和现场调研的基础上，基于围岩松动圈理论和倾斜冒落拱理论，提出了三种倾斜煤层巷道顶板松动圈计算模型，利用计算模型确定了锚杆(索)最佳支护参数。对倾斜煤层巷道锚杆的切向锚固力进行了系统的理论分析，指出倾斜煤层巷道锚杆抗剪承载力计算的必要性，建立了锚杆抗剪承载力的计算公式。运用大型有限差分软件FLAC3D对乌兰矿8号煤5867机巷倾斜煤层巷道建立了三维数值计算模型，分析了倾斜煤层巷道围岩变形破坏特征，指出：倾斜煤层巷道支护应以巷道的顶板、高帮下部、低帮上部和靠近低帮的底板为关键部位，同时应注意巷道底臌现象的发生。并对支护参数下巷道顶板沉降量、塑性区分布、围岩应力分布特征进行了数值模拟分析，验证了支护方案的安全可靠性。并选取试验段对巷道的收敛变形、顶板离层、围岩松动圈等进行监测与分析，进一步验证了计算方法及支护参数的安全和可靠性。 本文的研究与实践，使倾斜煤层巷道支护由工程类比法上升到定量分析，为倾斜煤层巷道锚杆(索)支护设计探索了新的途径。它必将在倾斜煤层巷道的支护设计中起着主要的参考作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题的提出及研究意义

1.2锚杆支护技术的发展历史

1.2.1国外锚杆支护技术的发展现状

1.2.2我国煤矿锚杆支护技术的发展现状

1.2.3预应力锚固技术在煤矿中的应用历史

1.3预应力锚杆支护技术作用机理的研究现状

1.4本文的主要研究内容

2预应力锚杆的支护机理研究

2.1巷道围岩变形破坏特征

2.2预应力锚杆加固围岩的作用机理研究

2.3预应力锚杆的受力特点分析

2.4预应力锚杆支护存在的问题及发展方向

2.4.1预应力锚杆支护存在的问题

2.4.2预应力锚杆在煤矿巷道支护中的应用前景

2.5 小结

3锚杆(索)支护理论及其设计研究

3.1锚杆支护理论研究

3.1.1悬吊理论

3.1.2组合梁理论

3.1.3组合拱(压缩拱)理论

3.1.4构造应力作用理论

3.2锚索支护理论研究

3.3锚杆(索)支护设计研究

3.3.1工程类比法

3.3.2理论设计方法

3.3.3数值计算方法

3.3.4监测方法

3.4倾斜煤层巷道围岩松动圈计算方法研究

3.4.1倾斜煤层巷道顶板围岩松动圈计算模型一

3.4.2倾斜煤层巷道顶板围岩松动圈计算模型二

3.4.3倾斜煤层巷道顶板围岩松动圈计算模型三

3.4.4巷道帮部围岩松动圈计算研究

3.5倾斜煤层巷道锚杆抗剪性能计算研究

3.5.1锚杆切向锚固力的作用机理

3.5.2锚杆切向抗剪承载力简化计算模型

3.6倾斜煤层巷道锚杆(索)支护参数设计

3.6.1倾斜煤层巷道顶板锚杆支护参数设计

3.6.2倾斜煤层巷道顶板锚索支护参数设计

3.6.3倾斜煤层巷道帮部锚杆支护参数设计

3.7　小结

4倾斜煤层巷道支护设计与数值模拟研究

4.1工程地质概况

4.1.1概述

4.1.2 8号煤层工程水文地质条件

4.1.3巷道围岩物理力学性质

4.2巷道支护参数设计

4.2.1乌兰矿5867机巷支护设计原则

4.2.2乌兰矿5867机巷支护参数初始设计研究

4.2.3支护方案的对比分析与锚索参数设计研究

4.3巷道支护稳定性数值模拟研究

4.3.1数值方法与计算程序介绍

4.3.2数值模拟计算模型的建立

4.4数值模拟结果分析

4.5小结

5倾斜煤层巷道支护效果监测与分析

5.1监测原则

5.2监测项目的选择

5.3监测方案布置与分析

5.3.1表面收敛量监测

5.3.2顶板离层与深部位移监测

5.3.3锚杆锚固力检测

5.3.4锚杆受力状态监测

5.3.5围岩松动圈的测量

5.4监测结果数据分析

5.4.1典型收敛监测断面结果分析

5.4.2巷道深部位移监测结果分析

5.4.3巷道顶板锚杆受力监测结果分析

5.4.4围岩松动圈监测结果分析

5.5巷道支护的稳定性分析

5.6 小结

6结论

6.1主要结论

6.2建议

致谢

参考文献

附录