芦岭煤矿深部大断面巷道U型棚支护机理与数值模拟研究

摘要

针对芦岭煤矿三水平轨道上山属于深部大断面巷道U型棚支护的特点，本文在工程实践、现场调研的基础上，运用理论分析和计算机数值模拟相结合的综合研究方法，对深部大断面巷道U型棚支护机理、U型棚支护与围岩稳定性的关系、U型钢支架内力计算方法以及U型棚的缩动进行了深入系统的研究。
　　 首先分析了U型棚的支护机理，研究U型棚的工作原理，总结U型棚载荷分布的特点和的破坏原因，得出U型棚的失稳原因是连接件强度低或连接件结构不合理和支架一围岩相互作用关系差；接着分析了深部大断面巷道U型棚支护与围岩稳定性的关系，支架-围岩是一个共同承载体系；然后又运用材料力学、弹性力学的知识，计算了U型棚的内力、分析了支架的缩动、偏心载荷对支架承载能力的影响以及支架顶部空隙大小对支架承载能力的影响；最后运用Ansys有限元数值模拟软件模拟芦岭矿三水平深部大断面巷道使用的U29型钢拱形支架，同时为了起到对比的作用，针对U29型钢环形支架也进行了模拟，对模拟的结果进行了详细的分析，理论分析与数值模拟结果一致；最后结合现场地质条件，对芦岭矿三水平深部大断面巷道的破坏特征进行总结，分析其U型棚破坏原因，对理论分析和数值模拟结果的合理性进行验证。该研究成果对于解决深部大断面巷道U型棚支护问题提供了理论参考，对类似条件下U型棚支护有一定的现实意义和参考价值。