基于地应力实测的煤巷锚杆支护技术研究

摘要

本文以朱仙庄煤矿为工程背景，综合采用岩石物理力学参数测定、现场地应力实测技术、构建岩石力学模型和数值模拟计算相结合的方法，对朱仙庄煤矿基于地质力学评估与围岩稳定性分类的煤巷锚杆支护与控制技术进行了系统的研究，主要研究内容及结果如下:
　　1.采用空心包体应力解除法，对朱仙庄煤矿Ⅱ、Ⅲ水平进行了现场地应力实测，通过数值模拟计算和理论分析得到了矿区南翼Ⅱ、Ⅲ水平地应力场的分布规律。
　　2.基于现场地应力实测、实验室煤岩物理力学参数测试和现场巷道变形破坏情况调研，对朱仙庄煤矿10煤回采巷道进行了围岩地质力学评估，得到了朱仙庄煤矿10煤回采巷道围岩稳定性分类依据及标准。
　　3.根据朱仙庄煤矿10煤回采巷道围岩地质力学评估结果，采用FLAC3D数值模拟计算方法主要研究了不同侧压系数下巷道围岩变形与破坏情况;巷道方向与最大水平主应力方向夹角α的变化，对巷道围岩的应力分布、变形及塑性区半径的影响进行了系统的分析。同时也建立了相应的力学模型分别研究分析了在不同条件下（弹性应力状态、弹塑性应力状态）地应力对巷道围岩稳定性的影响，计算结果表明理论力学计算与数值模拟计算结果基本一致，验证了数值模拟的可靠性。
　　4.针对Ⅱ1053综采工作面回风巷沿空掘巷特殊的工程背景下，利用FLAC3D数值模拟方法，分别模拟了回风巷在掘进期间和回采期间不同锚杆长度、间排距、直径，在不同组合支护下巷道的变形与破坏规律，从而确定最优的锚杆支护参数。通过现场工业性验证，Ⅱ1053工作面回风巷在掘进期间围岩变形量较小、围岩稳定性良好，巷道围岩变形与破坏得到了很好的控制，为工作面安全、高效回采创造了有利条件，锚杆支护系统安全可靠。

目录

封面

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地应力测量研究现状

1．2．2 地应力对巷道稳定性影响研究现状

1．2．3 深井巷道支护理论及煤巷锚杆支护存在的问题

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 朱仙庄煤矿10煤回采巷道围岩地质力学评估

2．1 朱仙庄煤矿10煤物理力学参数测试

2．1．1 煤岩样取样

2．1．2 试验设备

2．1．3 试验过程

2．1．4 试验结果

2．2 朱仙庄煤矿现场地应力实测

2．2．1 地应力测试过程

2．2．2 地应力测试结果

2．2．3 地应力分布规律及类型

2．3 本章小结

3 地应力对巷道围岩稳定性的试验影响分析

3．1 地应力对巷道围岩稳定性影响的理论分析

3．2 地应力对巷道围岩稳定性影响的数值模拟分析

3．3 地应力对朱仙庄煤矿巷道变形破坏的影响

3．4 朱仙庄煤矿10煤回采巷道围岩稳定性分类

3．5 本章小结

4 基于地应力测量的锚杆支护设计

4．1 矿井基本条件

4．1．1 Ⅱ1053工作面位置

4．1．2 煤层及顶底板赋存情况

4．1．3 地质构造

4．1．4 巷道掘进期间的维护特点

4．2 支护设计的技术路线及方案

4．2．1 支护设计的技术路线

4．2．2 支护方案

4．3 锚杆支护参数设计

4．4 锚杆支护数值模拟研究

4．5 锚杆支护参数的确定

4．6 本章小结

5 沿空掘巷围岩稳定性控制效果观测与分析

5．1 工作面回风巷测点布置

5．2 现场观测与支护效果分析

5．3 本章小结

6 结论

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果