潞安矿区动压影响巷道锚杆支护技术及应用

摘要

本文针对潞安矿区受强烈动压影响巷道围岩变形大、破坏严重、支护效果差的现状，采用地质力学测试、实验室试验、理论分析、数值模拟及井下试验相结合的方法，开展强烈动压影响巷道围岩变形特征、锚杆与锚索支护机理及支护技术的系统研究。主要研究内容包括:潞安矿区巷道围岩地质力学测试与分析，动压影响巷道围岩应力分布、变形与破坏特征，锚杆支护作用机理及适应性，锚杆支护形式及参数等研究。论文取得以下主要研究成果:潞安矿区整体上属于中等地应力值矿区，水平应力占优势，煤岩体强度各矿存在一定差别;动压影响巷道围岩变形的实质是原生结构面发生显著离层、滑动、张开，大量新的破裂产生与扩展，导致围岩扩容变形严重，控制围岩变形的关键是控制扩容变形;大幅度提高锚杆与锚索支护刚度，特别是锚杆与锚索预应力，并使其有效扩散到围岩中，可有效控制围岩扩容变形;巷道群应力分布与其断面、间距及原岩应力有关，在受邻近回采工作面侧向支承压力及本工作面前方支承压力叠加影响区域，应力集中系数很高;开发出的高预应力、强力锚杆与锚索支护材料，强度与延伸率显著提高。采用全长预应力锚固锚杆与锚索支护，及全断面、高预应力强力短锚索支护，成功解决了高地压上山群，及与回采工作面对穿的、受强烈动压影响的巷道支护难题，取得良好支护效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文研究的背景与意义

1．1．1 复杂困难巷道类型

1．1．2 潞安矿区地质与开采条件

1．1．3 论文选题的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外锚杆支护技术现状

1．2．2 国内锚杆支护技术现状

1．2．3 锚杆支护理论研究现状

1．2．4 潞安矿区锚杆支护技术发展

1．2．5 潞安矿区煤巷锚杆支护存在的问题

1．3 整体思路

1．4 研究内容

1．5 研究方法

2 潞安矿区煤岩体地质力学测试与分析

2．1 地应力测量

2．1．1 潞安矿区地理与地质简况

2．1．2 潞安矿区地应力测量结果

2．1．3 潞安矿区地应力场特征分析

2．2 围岩强度测试

2．2．1 围岩强度测试结果

2．2．2 围岩强度测试结果分析

2．3 围岩钻孔结构观察

2．4 地应力测量结果在巷道布置中的应用

2．4．1 巷道布置与地应力关系的理论分析

2．4．2 现场应用实例分析

2．5 本章小结

3 动压影响巷道围岩应力分布与变形特征分析

3．1 巷道群围岩应力场分布规律研究

3．1．1 数值模拟方法与软件

3．1．2 上山群周围应力场演化过程

3．1．3 最大主应力倾角对上山群巷道应力场的影响

3．2 强烈动压巷道应力场演化过程

3．2．1 巷道地质与生产条件

3．2．2 数值计算模型

3．2．3 模拟结果分析

3．3 本章小结

4 动压影响巷道锚杆支护作用分析

4．1 锚杆支护作用分析

4．1．1 锚杆径向抗拉支护作用

4．1．2 锚杆切向抗剪支护作用

4．1．3 锚杆支护对围岩强度、围岩结构和围岩应力的作用

4．2 锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性解

4．2．1 锚固围位于塑性区内

4．2．2 锚杆锚同端位于弹性区内

4．2．3 锚杆支护对应变软化围岩作用理论计算

4．3 动压影响巷道锚杆支护作用机理分析

4．3．1 动压影响巷道围岩变形特征

4．3．2 动压影响巷道锚杆支护机理分析

4．4 本章小结

5 潞安矿区动压影响巷道支护材料研究

5．1 国内外锚杆支护材料现状

5．1．1 锚杆杆体及附件

5．1．2 锚固材料

5．1．3 锚索

5．1．4 组合构件与网

5．2 强力锚杆与锚索支护材料开发

5．2．1 强力锚杆杆体及附件

5．2．2 低粘度高强度树脂锚固剂

5．2．3 强力钢带

5．2．4 强力锚索

5．3 强力锚杆与锚索支护材料实验室试验

5．3．1 锚杆钢筋

5．3．2 锚杆加工与托板

5．3．3 强力锚索支护材料实验室试验

5．4 本章小结

6 动压影响巷道井下支护试验研究

6．1 高地压上山群井下支护试验研究

6．1．1 试验点调查和地质力学评估

6．1．2 锚杆支护初始设计

6．1．3 矿压监测结果及分析

6．1．4 支护效果评价

6．2 强烈动压影响巷道全断面强力锚素支护井下试验研究

6．2．1 试验巷道地质与生产条件

6．2．2 巷道支护设计

6．2．3 矿压监涮结果及分析

6．3 本章小结

7 主要结论与展望

7．1 主要结论

7．2 论文创新点

7．3 技术展望

参考文献

致谢

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