混凝土支柱力学性能研究及在回撤通道支护中的应用

摘要

本文以何家塔煤矿50103工作面预掘回撤通道为工程背景，采用现场调研、实验室试验和井下试验相结合的方法，开展了混凝土支柱材料的物理力学性能测试，混凝土支柱力学性能的相似材料模拟试验，混凝土支柱支护预掘回撤通道的井下试验及矿压监测，取得以下研究成果：（1）混凝土支柱材料包括混凝土、充填袋及接顶材料。混凝土单轴抗压强度为37.23MPa，弹性模量为26.67GPa，泊松比为0.16；充填袋布料的径向、纬向抗拉强度分别为68kN/m、91.4kN/m，接缝强度仅能达到布料强度的51％；中密度板作为接顶材料，最大压缩率达45.9%。（2）充填袋对混凝土支柱最大支护能力没有明显的提升作用，但其力学性能显著影响支柱的残余承载能力；随着混凝土强度的提高，支柱最大支护能力占混凝土强度的比例也会随之增加，而充填袋对支柱最大支护能力的提升作用则越来越弱。（3）混凝土支柱的接顶材料需提供足够的变形以保证支柱不会因顶板下沉而发生脆性破坏，同时又不能变形量过大而导致巷道顶底板移近量过大。（4）工作面距主回撤通道60m以内时，随着工作面的推进，主回撤通道两侧煤柱应力、帮锚杆受力不断升高，顶板开始缓慢下沉；工作面距回撤通道5m~6m时，工作面剩余煤柱发生失稳，外侧煤柱应力、帮锚杆受力很快达到峰值，并有不同程度下降，回撤通道内其它支护体的受力开始快速增加，顶板下沉速度加快；工作面贯通后，各支护体的受力趋于稳定；切割混凝土支柱对各支护体的受力有一定影响，但表现出很大差异。（5）井下试验取得成功，并初步总结出了一套混凝土支柱施工工艺，显著提高了设备的回撤速度。

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1 绪论

1.1 选题意义

1.2 研究现状

1.3 存在问题

1.4 主要研究内容

1.5 研究方法和技术路线

1.6 预期成果

2 混凝土支柱力学性能的实验室试验研究

2.1 混凝土力学性能测试

2.2 充填袋力学性能测试

2.3 中密度板力学性能测试

2.4 混凝土支柱相似材料模拟试验研究

2.5 本章小结

3 混凝土支柱支护的现场试验研究

3.1 工作面概况

3.2 混凝土支柱支护设计

3.3 施工设备的选取

3.4 现场试验

3.5 本章小结

4 回撤通道矿压监测与分析

4.1 监测内容

4.2 监测设计

4.3 工作面剩余煤柱宽度变化

4.4 煤柱应力监测结果

4.5 锚杆受力监测结果

4.6 锚索受力监测结果

4.7 混凝土支柱受力监测结果

4.8 顶底板移近量监测结果

4.9 多点位移计监测结果

4.10 主回撤通道顶板窥视结果

4.11 50103和50104工作面间煤柱受力监测

4.12 液压支架受力监测结果

4.13 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

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