回采动压下泥质复合顶板煤巷破坏机理及耦合控制研究

发布时间：2018-06-02 20:43

本文选题：回采动压 + 泥质复合顶板　；参考：《辽宁工程技术大学》2015年博士论文

【摘要】：泥质复合顶板软岩煤巷的支护问题是地下工程中较为复杂的问题,因其围岩岩性差、工程偏应力高等不良条件而成为了煤巷支护中的难题.单一的支护形式在这种煤巷中是不可行的,而采用联合支护时效果亦不理想,往往陷入前掘后修的尴尬局面,单一支护不可行的原因在于支护强度不足,而联合支护失效的原因在于支护结构与围岩力学特性之间不耦合.传统联合支护方法仅将各种支护结构进行简单组合,没有充分考虑支护体的支护机理、围岩内部积蓄能量的释放及围岩自稳能力的发挥,从而难以实现支护体与围岩在强度、刚度以及结构上的耦合作用.本文以高家梁煤矿2中煤层20307回采工作面皮带顺槽为研究对象,采用现场实际调研、室内岩石物理力学试验、微观物化成分分析、理论分析、数值模拟以及现场工业性试验等方法综合分析其在自身工作面回采动压下变形破坏机理与煤巷围岩稳定性耦合控制对策研究.取得了如下主要成果：(1)综合考虑煤巷围岩受扰动、节理、裂隙等不连续结构面、地下水等诸多因素后,基于分形理论预测皮带煤巷松动圈半径为1600mm～2000mm,与采用孔壁检视法进行现场原位测定塑性松动圈半径为1740mm～2020 mm范围相比,结果表明分形理论应用于塑性松动圈的预测具有有效性.(2)提出采用模糊数学聚类分析方法进行动压下2中煤层煤巷围岩整体稳定性分类,明确其聚类中心,确定20307皮带煤巷属于Ⅲ类不稳定围岩,并根据具体煤巷的地质条件,进行煤巷围岩次分类,依据有效载荷系数S≥0.55准则对软岩煤巷软弱结构进行判别.(3)通过室内试验与工程地质环境综合分析,确定影响泥质复合顶板稳定主要因素为具有较高工程偏应力、围岩力学强度低、原支护结构与围岩不耦合以及受自身工作面回采动压影响等敏感性因素.致使皮带煤巷围岩表面收敛速率快且形变数值大,泥质复合顶板非对称变形下沉严重,导致两帮也产生严重内挤变形,并伴随有较强流变特性.(4)通过煤巷岩体微观物化成分定量与变形机制定性分析,确定出皮带煤巷围岩为高工程偏应力—节理化—膨胀性(HJS)的应力扩容膨胀型复合地质软岩,明确20307皮带煤巷围岩变形力学机制为IabcIIBDIIIDA型.(5)通过工程软岩变形力学机制转化技术定性研究,确定20307皮带煤巷采取“高强锚杆+金属网+强力锚索+钢带+水患区注浆”耦合支护方案,即简称“锚网索带注”耦合支护结构.并基于FLAC3D数值软件模拟分析“锚网索带注”耦合支护方案的可靠性,结果表明“锚网索带注”耦合支护结构体系是有效的.(6)对“锚网索带注”耦合支护方案进行定量支护参数设计,进行现场工业性试验,并分别对煤巷顶板离层、围岩表面变形及锚杆(索)实际受力等进行现场监测,监测效果表明耦合支护结构体系能有效约束皮带煤巷围岩变形,也验证了耦合支护理念与数值软件FLAC3D共同应用在回采动压下软岩煤巷支护中的可靠性.
[Abstract]:On the basis of fractal theory , it is not feasible to predict the stability of the surrounding rock in coal roadway under the conditions of disturbance , joint support and high stress . ( 4 ) Based on the qualitative analysis of the quantitative and deformation mechanism of coal roadway rock mass , it is determined that the surrounding rock of the belt coal roadway is the stress - expanding expansion type composite geological soft rock with high engineering deflection stress - joint - expansion ( HJS ) . It is shown that the coupling support structure of the " anchor mesh cable - band injection " coupling support structure is effective . ( 6 ) The coupling support structure system can effectively restrain the deformation of the surrounding rock of the coal roadway , and also verify the reliability of the coupled support concept and the numerical software FLAC3D in the support of soft rock coal roadway under the dynamic pressure of the coal roadway .
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD353

【参考文献】