深埋大断面煤巷锚杆破断机理与控制技术研究

发布时间：2017-10-21 13:40

  本文关键词：深埋大断面煤巷锚杆破断机理与控制技术研究

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【摘要】：随着我国煤矿开采深度的增加,巷道围岩的应力环境发生了显著变化,其中最显著的是地应力越来越高,高地应力等复杂条件下大断面煤巷锚杆破断诱发的支护结构失效问题逐渐显现,严重威胁煤矿的经济效益及安全生产。为解决深井大断面巷道支护锚杆破断的现实问题,本文通过理论分析研究了锚杆受复杂应力条件下(轴向拉伸载荷、横向剪切载荷、切向扭转载荷)的力学特征,采用数值模拟的方法研究了深井巷大断面的围岩变形规律及其在支护条件下锚杆、锚索等支护结构的变形特征,根据锚杆材质、破断力源和位置对锚杆破断形式进行了分类,推导了拉伸载荷、剪切载荷复合作用下锚杆轴向拉伸应力的计算公式,基于新巨龙煤矿现场调查结果,结合锚杆破断形式,分析了各锚杆破断的原因,并针对性提出了使用二次支护、加大锚杆直径等控制措施,同时提出了深埋复杂应力条件下锚杆破断控制方案,并对方案参数进行优化。论文主要取得以下成果和结论:(1)锚杆承受的轴向拉伸载荷主要来自煤体塑性扩容、膨胀及岩层离层,锚杆承受的横向剪切载荷主要来自岩层错动,锚杆承受的扭转载荷主要来自预紧力施加过程。因此,认为锚杆承受轴向拉伸载荷及横向剪切载荷都属于围岩对锚杆进行位移加载,锚杆承受切向扭转载荷属于人为的应力加载。(2)深埋大断面煤层巷道围岩具有变形量大、变形区域大、塑性区大的特征,该类巷道锚杆、锚索联合支护的可靠工艺在于“锚杆先刚后柔、锚索先柔后刚”,利用锚杆自身的延伸量和锚索端部安装的多级让压结构适应围岩变形大的特点。(3)根据锚杆破断力源,将锚杆破断形式分为剪断、脆断、折断、拉断、崩盘、退帽、崩盘等六类;根据锚杆材质,将锚杆破断形式分为等强全螺纹锚杆破断、小螺距高强锚杆破断、锚索破断等三类;根据锚杆破断位置,可将锚杆破断形式分为肩角、肩窝、顶板靠帮第二根、顶板中部、帮部靠顶板第二根、帮中部等六类。(4)提出深埋复杂应力条件下锚杆破断控制思想(提高锚杆材料的极限载荷或减小锚杆实际承受的载荷)和四种控制方案(加大锚杆尺寸、加强锚杆材料、减弱支护刚度、实施二次支护)。
【关键词】：深井巷道 锚杆 破断 机理分析 控制方案
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 1 绪论16-25
• 1.1 问题的提出及研究意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-23
• 1.3 主要研究内容及技术路线23-25
• 2 不同条件下煤巷围岩变形特征数值模拟研究25-35
• 2.1 我国煤矿巷道发展的特点25
• 2.2 不同条件下煤层巷道围岩变形特点25-33
• 2.3 深井大断面煤层巷道稳定性控制33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 3 深埋大断面煤巷锚杆破断及控制原理35-62
• 3.1 锚杆破断形式分类及原因分析35-46
• 3.2 深埋大断面煤巷锚杆破断控制原理46-55
• 3.3 深埋大断面煤巷锚杆破断控制技术55-60
• 3.4 本章小结60-62
• 4 深埋大断面煤巷锚杆支护数值模拟研究62-86
• 4.1 锚杆直径参数的数值模拟分析62-74
• 4.2 二次支护参数的数值模拟分析74-84
• 4.3 新巨龙矿井锚杆破断控制方案的确定84
• 4.4 本章小结84-86
• 5 深埋大断面煤巷锚杆破断控制技术现场应用研究86-92
• 5.1 试验巷道概况86-87
• 5.2 巷道掘进、支护工艺87-88
• 5.3 锚杆破断控制方法88-89
• 5.4 锚杆破断控制技术应用效果89-91
• 5.5 经济效益和社会效益分析91
• 5.6 本章小结91-92
• 6 结论92-94
• 6.1 基本结论92-93
• 6.2 创新点93-94
• 参考文献94-97
• 作者简历97-99
• 学位论文数据集99

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本文编号：1073687