友众矿3号煤层回采巷道大排距支护技术研究

发布时间：2020-08-15 22:05

【摘要】：本文以友众矿3号主采煤层煤巷为工程研究对象,针对该类巷道因支护方案中机理不清、支护参数确定缺失依据和支护密度过大引起的巷道掘进速度慢、采掘接替紧张等工程难题,开展了平均煤层厚度2.05m,煤层平均倾角在10°以下,平均埋藏深度225m的矩形断面煤巷支护机理与控制技术的研究,尤其是在锚杆排距的确定、参数选择获得有益结论,取得主要成果如下:(1)结合完整锚固体系的构成分析了友众矿3号煤巷现有支护体系的缺陷,主要表现在锚杆支护中蝶形托盘、调心球垫和减磨垫圈的缺失;锚索支护体系中调心球垫缺位,得出了造成支护材料用材较好,但支护效果欠佳的后果。(2)采用原位锚杆拉拔试验,测试得出了顶帮锚杆临界锚固长度应在1100mm和1000mm左右,发现了通过在锚杆自由段施加管缝式锚杆,可以防止自由段锚杆孔塌孔,改善锚杆预紧力降低的工程做法。(3)测试了减磨垫圈对锚杆预紧力矩转换为预紧力影响关系,得出了友众矿3号煤层巷道顶板及两帮锚杆不采用减磨垫圈的预紧力矩与预紧力的转换效率分别为有减磨垫圈的79.5%和74%;同时,调心球垫通过改善锚索的空间位态,承载力普遍提高率在50%以上。(4)采用FlAC3D数值模拟软件,探讨了锚杆支护作用机理,分析了大排距锚杆支护中的影响因素,从预紧力、锚杆长度、锚固长度和锚杆角度及间排距等5个方面研究了锚固体中应力分布范围、有效承载区等规律,得出了 1100mm大间排距锚杆、锚索和格宾网耦合围岩控制方案。(5)将1000mm排距调整为1100mm,锚杆杆体长度增加到2200mm,同时顶板的预紧力不小于300 N·m,顶板左右顶角锚杆角度改为20°,钻孔直径由32mm改为27mm;将顶板锚索间距改为1800mm,排距改为3300mm,初始张拉力不小于80-120kN,角度改为20°;将帮部锚杆间排距扩大为1100×1100mm,直径改为18mm,增加锚杆长度为2200mm,预紧力提高到250 N·m,钻孔直径改为27mm。研究的支护方案在友众矿30104工作面运输顺槽得到应用,现场矿压监测表明:巷道顶板平均下沉量为47.5mm,帮部平均移近量为54.5mm,能够满足回采期间巷道的正常使用要求。回采期间巷道两帮最大移近量为69mm,顶底板最大变形量为74m。巷道掘进速度由200m/月提高到280m/月。论文的研究成果可以为相似工程地质条件下的煤巷支护提供较好的参考。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD353
【图文】：

即使所受外力不尽相同＊但作用力只要能通过块体形心才为稳定，如图逡逑１＿６所示。逡逑图１．６块体自锁维稳示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．６邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｂｌｏｃｋ邋ｓｅｌｆ－ｌｏｃｋｉｎｇ邋ｓｔａｂｉｌｉｔｙ逡逑５）围岩强度强化理论［１２＿１４］逡逑著名学者侯朝炯、勾攀峰将锚杆在实际工作中发挥的作用精简为对锚固范围逡逑的岩体从锚杆的两端施加径向载荷，并通过在实验室中进行锚固块体力学试验，逡逑确定了支护作用过程中围岩塑性应变软化本构关系，再利用弹塑性理论定量分析逡逑锚杆的支护效果。据此建立了巷道顶板稳定性分析模型如图１．７所示，提出顶板逡逑稳定的判别准则。逡逑４逡逑

逦硕士学位论文逦逡逑固岩体破坏时候，不仅会出现变形，承载能力随之大幅度降低，此时的集中应力逡逑会出现向\l岩深部转移。锚固体通过销杆的约束作用，使得己产生破碎的岩体实逡逑现了既能承载又能卸载。逡逑陆士良［ＫＷ等认为锚固力是铺杆对围岩发挥作用的根本原因＃其随着围岩的逡逑变形而出现。通常来说，支护是在开挖后进行，此时围岩的应力及变形已经产生。逡逑因此，锚固力的产生是巷道围岩峰后的剪胀变形，剪胀变形的进一步扩大，锚杆逡逑就会从径向和切向产生抑制力以，＾７／，其大小与变形成正比。锚杆的锚固作用逡逑抵抗了不利于稳定的高应力，形成了相对稳定的锚固体结构。逡逑７）逦“刚性梁，，理论［１８］逡逑基于丰富的现场试验和调查，提出“刚性梁”理论。核心在于对水平应力的逡逑应用，通过对锚杆施加及时有效的高预紧力使之变为刚性顶板，即刚性锚固体。逡逑其自身形成不仅能压力自承如图１．８，闻时也减轻了两帮围岩的应力集中和破坏。逡逑在此过程中，锚杆的称初撑力大小对顶板稳定性具有决定作用。逡逑

高于垂直应力，即巷道的破坏主要由于水平应力导致［１９］。水平应力具有明显的逡逑方向性，最大、最小水平应力的差值较大，尤其是对浅埋煤层来说特别明显［２（）］，逡逑最大水平应力方向对巷道的影响如图１．９所示。逡逑此外，还有能量支护理论、关键部位二次支护概念等分别以不同角度考虑锚逡逑杆作用原理。逡逑１．２．２计算模型和方法研究现状逡逑随着锚杆支护的应用日益普遍，其支护理论研究的主要途径分别如下：逡逑（１）

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本文编号：2794723