【摘要】：煤炭是我國主要的能源之一,而煤層傾角在35°以上的煤炭儲量約占煤炭總儲量的17%。由于大傾角煤層的特殊構(gòu)造特征,其回采過程中的巷道圍巖控制十分困難,是制約大傾角煤炭資源安全、高效開采的難題。本文采用理論分析、數(shù)值模擬、室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)的方法對大傾角煤層巷道圍巖穩(wěn)定性及控制技術(shù)進(jìn)行深入研究。主要工作如下:(1)基于大傾角煤層巷道工程地質(zhì)特征,建立了梯形截面巷道圍巖應(yīng)力-變形分析的力學(xué)模型,利用保角變換和復(fù)變函數(shù)理論,推導(dǎo)獲得大傾角煤層巷道圍巖應(yīng)力與變形的解析解,從理論上揭示了大傾角梯形煤層巷道圍巖應(yīng)力分布與變形特征。理論計(jì)算結(jié)果表明:大傾角巷道高幫側(cè)變形大于低幫側(cè),頂板變形大于底臌;圍巖整體變形呈現(xiàn)出兩幫移近量頂板下沉量底臌量的變化特征。圍巖水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力最大值均在巷道上角;其次為高幫側(cè)的上部。通過數(shù)值模擬分析了大傾角煤層巷道圍巖穩(wěn)定性的影響因素,得到了大傾角巷道的破壞特征。綜合分析得到了大傾角巷道圍巖的應(yīng)力集中程度高和變形破壞的區(qū)域性特征明顯的兩個顯著特點(diǎn)。(2)基于大傾角巷道圍巖應(yīng)力分布與變形破壞特征,提出了大傾角巷道圍巖“主被聯(lián)合,提升強(qiáng)度,局部加固,協(xié)調(diào)變形”的控制思想。即采用錨桿(索)和高強(qiáng)支柱聯(lián)合支護(hù)的方式提升支護(hù)強(qiáng)度,并對巷道局部采用恒阻支柱進(jìn)行加固,同時協(xié)調(diào)主被動支護(hù)的變形。(3)開發(fā)了大傾角巷道支護(hù)的機(jī)械式高強(qiáng)恒阻支柱,建立了其在額定工作阻力狀態(tài)下的力學(xué)分析模型,分析了柱桿、柱筒的內(nèi)外徑、間隙距離、彈性模量、柱桿抗壓強(qiáng)度、柱筒抗拉強(qiáng)度、鋼珠的半徑和個數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)對支柱工作阻力的影響規(guī)律,揭示了大傾角巷道高強(qiáng)恒阻支柱工作的力學(xué)機(jī)理。(4)提出了大傾角巷道圍巖穩(wěn)定性控制的新型錨桿-錨索-高強(qiáng)支護(hù)的主被動聯(lián)合支護(hù)方案與參數(shù),并對支護(hù)方案進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證。結(jié)果表明:相較于與單獨(dú)的錨桿-錨索支護(hù),主被動聯(lián)合支護(hù)能對巷道的上角起到良好的支撐作用,極大的降低了巷道上角部位的破壞,同時由于巷道上角得到了有效的保護(hù),巷道高幫側(cè)受力降低,減少了兩幫的擠進(jìn)量,對底臌也有良好的控制。(5)在山西龐龐塔煤礦5-1081巷道進(jìn)行了現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)與監(jiān)測,現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明該新型的主被動聯(lián)合支護(hù)能夠有效地控制回采過程中巷道變形破壞發(fā)展。同時在對巷道錨桿受力實(shí)時檢測結(jié)果也表明,該支護(hù)方案能夠降低錨桿的受力,實(shí)現(xiàn)了錨桿(索)、支柱、圍巖的協(xié)調(diào)變形。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn),最終形成大傾角巷道圍巖穩(wěn)定性控制提供了一套的新的技術(shù)體系。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD322;TD353
【圖文】：

圖 1-1 組合梁作用原理Figure 1-1 Action principle of composite beam（2）懸吊理論[35-37]懸吊理論認(rèn)為錨桿支護(hù)的作用就是將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部層上，在預(yù)加張緊力的作用下，每根錨桿承擔(dān)其周圍一定范圍內(nèi)巖體錨桿的錨固力應(yīng)大于其所懸吊的巖體的重力。如圖 1-2 所示。懸吊理的錨桿支護(hù)理論，能較好地解釋錨固頂板范圍內(nèi)有堅(jiān)硬巖層時的錨圖 1-2 懸吊理論示意圖

博士學(xué)位論文圖 1-1 組合梁作用原理Figure 1-1 Action principle of composite beam理論[35-37]認(rèn)為錨桿支護(hù)的作用就是將巷道頂板較軟弱巖層懸預(yù)加張緊力的作用下，每根錨桿承擔(dān)其周圍一定范固力應(yīng)大于其所懸吊的巖體的重力。如圖 1-2 所示護(hù)理論，能較好地解釋錨固頂板范圍內(nèi)有堅(jiān)硬巖

能較好地解釋錨固頂板范圍內(nèi)有堅(jiān)硬圖 1-2 懸吊理論示意圖Figure 1-2 Schematic diagram of suspension theory理論[38]認(rèn)為：在沿巷道周邊布置錨桿時，在預(yù)緊力的用區(qū)，當(dāng)錨桿間距較小時，應(yīng)力作用區(qū)相互耦續(xù)的擠壓加固帶，如圖 1-3 所示，此擠壓加固抗巷道圍壓，控制圍巖的有害變形。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 辛家祥;;大傾角工作面兩巷布置及端頭支護(hù)方式研究[J];煤礦開采;2015年06期

2 陳凱;唐治;崔乃鑫;鄭樹棟;;矩形巷道圍巖應(yīng)力解析解[J];安全與環(huán)境學(xué)報;2015年03期

3 王新杰;卜萬奎;徐慧;;大傾角煤層巷道變形機(jī)理與支護(hù)控制研究[J];煤礦機(jī)械;2015年06期

4 范宗福;郭士強(qiáng);馬文林;;高原地區(qū)大傾角松軟煤層巷道支護(hù)技術(shù)[J];煤炭工程;2015年06期

5 張春雷;;大傾角工作面回風(fēng)巷破碎煤頂板注漿加固技術(shù)[J];煤礦安全;2014年10期

6 楊勝;張志智;彭立華;李漢文;;大傾角煤層綜采工作面過斷層技術(shù)與實(shí)踐[J];華北科技學(xué)院學(xué)報;2014年10期

7 伍永平;劉孔智;

本文編號：2791898