煤巷复合底板破坏特征及防治技术研究

发布时间：2020-04-06 07:49

【摘要】：随着我国煤炭资源从浅部逐步向深部开采,深部巷道围岩支护问题就成为现在煤矿开采的最为棘手的问题之一。理论和工程实践表明,深井开采巷道底板极易发生破坏,尤其是在复合结构煤层中,由岩体-煤体-岩体组成的“强弱强”结构的复合底板破坏更为严重。在深部开采的复杂情况下,复合底板的煤层就成为了巷道底板稳定的缺口,如果不加以治理和控制,巷道底板煤层的破坏会促使其上方夹矸的破坏,从而造成巷道底板破坏。本文以矿压理论、弹塑性力学理论以及土力学中滑移线场理论等为基础,通过对底板夹矸和底板煤层进行力学分析,研究了底板夹矸和底板煤体的破坏模式,明确了复合底板破坏特征可分为两个阶段。第一阶段是底板夹矸在水平应力作用下,发生压杆屈曲失稳,此时水平应力是底板破坏的关键,若水平应力超过夹矸破坏的最小轴向力,则夹矸破坏。第二阶段是当夹矸发生屈曲失稳以后,与下覆煤层形成自由空间,底板破碎煤体在高支承压力以及上覆高载荷作用下,将沿煤体原生节理以及新生裂隙发生滑移,使煤体往自由空间中挤压,对底板夹矸产生挤胀作用,促使夹矸破坏。此时对底板破坏起到关键作用的是垂直应力,而水平应力不再是底板破坏的最主要因素。还推导出底板夹矸在水平应力作用下破断的判别准则,和底板煤层的最大承载力表达式。并结合数值模拟分析了复合底板破坏的主要影响因素,认为采深越大,侧压系数越大,支承压力越大、底板煤层厚度越大,底板夹矸越薄,对复合底板稳定性越不利。通过对复合底板破坏特征以及影响因素的分析,研究了巷道两帮大直径钻孔卸压、断底爆破、底板锚杆支护、底角阻隔槽阻滑技术,并以大安山10槽上煤层回采巷道为原型,通过利用FLAC3D5.0和UDEC4.0模拟软件,模拟了复合底板不同方案的控制效果。提出了当夹矸厚度小于1m时,对底板进行断底,并在巷道底角挖阻隔槽,切断底板煤层滑移路径;当夹矸厚度在1m-1.5m时,在底板施加角锚杆,阻止底板煤层主动受力区沿裂隙滑移,在巷道中部施加锚杆加固夹矸,控制底板煤层被动滑移区。最后以大安山轴10槽上煤层西一面回采巷道为工程实例,分别采用以上两种支护方案,并进行现场监测,监测结果表明,采用两帮大直径钻孔卸压、断底爆破、巷道底角阻隔槽、底角锚杆阻滑方案、以及夹矸锚杆加固措施能够有效的控制复合底板的破坏。
【图文】：

一，高应力对底板煤体的影响，一方面对底板进行断底卸压，减小底板较厚岩体形逡逑成的高水平应力，以及利用大钻孔切断底板煤体滑移路径，减小底板煤层移动。逡逑（４）复合底板支护技术。逡逑根据底板破坏特点，在巷道底板夹矸厚度大于ｌｍ的地段，一方面采用底逡逑板角锚杆阻隔底板煤层发生滑移，一方面在巷道中部施加锚杆增加底板夹矸的逡逑稳定性，防止底板夹矸破坏冲入巷道。逡逑（５）复合底板破坏控制实践研宄。逡逑根据研究的复合底板破坏特征、围压卸压技术和支护措施，在复合底板破逡逑坏较为严重的大安山煤矿进行实践，分析了大安山底板煤岩体的冲击倾向性，逡逑并试验了巷道两帮大直径钻孔卸压、底板断底爆破、底角钻孔切割滑移路径的逡逑效果，以及采用锚杆加固底板夹矸的支护措施的实施效果。逡逑１．３．２课题研究的主要技术路线逡逑Ｉ研宄对象丨煤巷复合底板破坏征及防治技术研究｜逡逑

巷道顶板和底板煤岩体中［３６］。所以底板水平应力对底板夹矸破坏的发生起着决逡逑定性因素，本模型将巷道底板夹矸简化为梁结构，建立水平应力对底板破坏的逡逑力学模型，在巷道底板取厚度为Ａ的单元体，剖面图如图２．１所示。逡逑，，一丁、、、逡逑ｆ逡逑？逦？逡逑ａ逡逑图２．１底板梁结构简化模型逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｆｌｏｏｒ邋ｂｅａｍ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑根据弹性力学理论，弯矩的计算公式Ｍ逦得出挠度的微分方程为［３４：逡逑９逡逑
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD353;TD322.1

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本文编号：2616232