软岩顶板特厚煤层回采巷道支护技术研究
发布时间：2021-10-13 10:09
特厚煤层矿井安全生产是煤矿开采重点关注的问题之一,由于特厚煤层层厚大,中部存在夹矸、煤岩体强度低且节理发育,回采巷道顶板为特厚煤层,顶煤厚度高达十米以上,巷道支护受到软岩顶板特厚煤层条件限制,锚索锚固段悬吊在坚硬岩层作业无法实现,特厚煤层巷道支护缺乏有效控制手段,解决软岩顶板特厚煤层巷道支护问题、设计合理巷道支护方案是特厚煤层安全开采的保障。本文以莲盛煤矿9号特厚煤层为研究工程背景,从煤岩体物理力学性能测试、巷道围岩应力分析、围岩粘弹性变形、支护结构参数变化、锚杆锚索对围岩产生的附加应力场、优化方案模拟实验等多个角度对莲盛煤矿9102回采巷道稳定性进行分析,探究支护结构对特厚煤层巷道稳定性影响,利用理论计算设计支护方案并进行数值模拟验证,为工程现场巷道支护提供科学指导,对其他软岩顶板特厚煤层巷道支护也有一定参考价值。主要研究内容及研究结论如下:（1）实验室测试分析表明莲盛9号特厚煤层节理丰富,岩石单轴压缩破坏形式以剪切破坏为主,伴随劈裂破坏,破坏后煤样残渣较碎,煤岩体强度低,普氏分类为VIa级,属于相当软弱岩石。（2）采用弹性理论平面问题分析了圆形巷道周边应力分布情况,表明巷道侧压系数...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 巷道围岩控制理论及研究现状
1.2.1 巷道围岩控制理论概述
1.2.2 锚杆支护发展及研究现状
1.2.3 特厚煤层巷道支护研究现状
1.3 特厚煤层巷道支护存在的问题
1.4 研究内容与研究方法
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究方法
1.5 研究的技术路线
第二章 煤岩体物理力学性能实验研究
2.1 矿井工程概况
2.1.1 矿井简述
2.1.2 巷道围岩条件
2.2 煤岩体物理力学性能实验
2.2.1 实验概述
2.2.2 实验过程及方法
2.2.3 实验结果及其分析
2.3 回采巷道围岩稳定性分类
2.4 本章小结
第三章 特厚煤层巷道围岩应力及变形分析
3.1 引言
3.2 巷道围岩应力分布研究
3.2.1 围岩应力场基本概况
3.2.2 巷道应力场分布
3.2.3 特厚煤层顶板失稳破坏解析
3.3 巷道围岩弹黏性变形特征
3.3.1 围岩弹黏性变形分类
3.3.2 围岩弹黏性变形本构模型
3.3.3 9102回采巷道弹黏性变形解析
3.4 数值模拟分析巷道围岩受力特征
3.4.1 数值模拟情况概述
3.4.2 FLAC~(3D)数值模拟模型建立
3.4.3 数值模拟过程
3.4.4 数值模拟结果分析
3.5 特厚煤层巷道围岩控制难点及支护重点
3.5.1 巷道围岩控制难点
3.5.2 巷道围岩支护重点
3.6 本章小结
第四章 支护结构对特厚煤层巷道稳定性影响
4.1 锚杆-锚索联合双承载层支护体系
4.1.1 锚杆支护结构与承载层分析
4.1.2 锚索支护结构与承载层分析
4.1.3 锚杆-锚索联合支护双承载层结构分析
4.2 数值模拟分析支护参数显著性
4.2.1 锚杆锚索支护关键因素分析
4.2.2 正交试验设计支护参数显著性模拟方案
4.2.3 正交试验模拟结果分析
4.3 特厚煤层巷道支护设计
4.3.1 支护参数安全性计算
4.3.2 顶板支护设计
4.3.3 两帮支护设计
4.4 设计支护方案附加应力场
4.5 本章小结
第五章 支护方案的数值模拟及监测方案设计
5.1 支护方案数值模拟
5.1.1 模型建立及参数选取
5.1.2 数值模拟方案
5.2 支护方案模拟结果分析
5.2.1 支护方案巷道围岩应力分布
5.2.2 支护方案巷道位移
5.2.3 巷道支护结构分析
5.3 工程试验围岩变形监测方案设计
5.3.1 测点矿压监测仪器
5.3.2 监测内容及方法
5.4 方案合理性分析
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 不足和展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]特厚煤层综放沿空掘巷围岩控制机理及其应用[J]. 郭金刚,王伟光,岳帅帅,何富连,郜明明,谢生荣. 煤炭学报. 2017(04)
[2]特厚煤层综放开采顶煤体“三带”放煤理论与应用[J]. 王金华,黄志增,于雷. 煤炭学报. 2017(04)
[3]特厚煤层错层位巷道布置的沿空掘巷技术研究[J]. 王志强,王鹏,孟宪锐,徐杰,苏泽华. 煤炭科学技术. 2017(03)
[4]我国煤矿巷道锚杆支护技术发展60年及展望[J]. 康红普. 中国矿业大学学报. 2016(06)
[5]深部厚煤层巷道失稳破裂演化过程离散元模拟研究[J]. 方刚,杨圣奇,孙建中,程建龙. 采矿与安全工程学报. 2016(04)
[6]Experimental study on the bolt–cable combined supporting technology for the extraction roadways in weakly cemented strata[J]. Meng Qingbin,Han Lijun,Sun Jingwu,Min Fengqing,Feng Wei,Zhou Xing. International Journal of Mining Science and Technology. 2015(01)
[7]特厚松软复合顶板巷道拱–梁耦合支护结构的构建及应用研究[J]. 苏学贵,宋选民,李浩春,原鸿鹄,李本奎. 岩石力学与工程学报. 2014(09)
[8]特大断面巷道软弱厚煤层顶板控制对策及安全评价[J]. 严红,何富连,王思贵. 岩石力学与工程学报. 2014(05)
[9]深部厚煤层回采巷道围岩破坏机制及支护优化[J]. 王汉鹏,李术才,李为腾,李海燕,李智. 采矿与安全工程学报. 2012(05)
[10]煤炭开采新理念——科学开采与科学产能[J]. 谢和平,王金华,申宝宏,刘见中,姜鹏飞,周宏伟,刘虹,吴刚. 煤炭学报. 2012(07)
博士论文
[1]特厚煤层开采冲击地压机理与防治研究[D]. 朱斯陶.北京科技大学 2017
[2]深部构造应力作用下厚煤层巷道围岩稳定与控制研究[D]. 肖同强.中国矿业大学 2011
[3]特大断面碎裂厚煤层巷道围岩控制机理及支护系统研究[D]. 殷东平.中国矿业大学（北京） 2011
[4]急倾斜特厚煤层水平分层开采巷道冲击地压成因与防治技术研究[D]. 鞠文君.北京交通大学 2009
本文编号：3434457
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 巷道围岩控制理论及研究现状
1.2.1 巷道围岩控制理论概述
1.2.2 锚杆支护发展及研究现状
1.2.3 特厚煤层巷道支护研究现状
1.3 特厚煤层巷道支护存在的问题
1.4 研究内容与研究方法
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究方法
1.5 研究的技术路线
第二章 煤岩体物理力学性能实验研究
2.1 矿井工程概况
2.1.1 矿井简述
2.1.2 巷道围岩条件
2.2 煤岩体物理力学性能实验
2.2.1 实验概述
2.2.2 实验过程及方法
2.2.3 实验结果及其分析
2.3 回采巷道围岩稳定性分类
2.4 本章小结
第三章 特厚煤层巷道围岩应力及变形分析
3.1 引言
3.2 巷道围岩应力分布研究
3.2.1 围岩应力场基本概况
3.2.2 巷道应力场分布
3.2.3 特厚煤层顶板失稳破坏解析
3.3 巷道围岩弹黏性变形特征
3.3.1 围岩弹黏性变形分类
3.3.2 围岩弹黏性变形本构模型
3.3.3 9102回采巷道弹黏性变形解析
3.4 数值模拟分析巷道围岩受力特征
3.4.1 数值模拟情况概述
3.4.2 FLAC~(3D)数值模拟模型建立
3.4.3 数值模拟过程
3.4.4 数值模拟结果分析
3.5 特厚煤层巷道围岩控制难点及支护重点
3.5.1 巷道围岩控制难点
3.5.2 巷道围岩支护重点
3.6 本章小结
第四章 支护结构对特厚煤层巷道稳定性影响
4.1 锚杆-锚索联合双承载层支护体系
4.1.1 锚杆支护结构与承载层分析
4.1.2 锚索支护结构与承载层分析
4.1.3 锚杆-锚索联合支护双承载层结构分析
4.2 数值模拟分析支护参数显著性
4.2.1 锚杆锚索支护关键因素分析
4.2.2 正交试验设计支护参数显著性模拟方案
4.2.3 正交试验模拟结果分析
4.3 特厚煤层巷道支护设计
4.3.1 支护参数安全性计算
4.3.2 顶板支护设计
4.3.3 两帮支护设计
4.4 设计支护方案附加应力场
4.5 本章小结
第五章 支护方案的数值模拟及监测方案设计
5.1 支护方案数值模拟
5.1.1 模型建立及参数选取
5.1.2 数值模拟方案
5.2 支护方案模拟结果分析
5.2.1 支护方案巷道围岩应力分布
5.2.2 支护方案巷道位移
5.2.3 巷道支护结构分析
5.3 工程试验围岩变形监测方案设计
5.3.1 测点矿压监测仪器
5.3.2 监测内容及方法
5.4 方案合理性分析
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 不足和展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]特厚煤层综放沿空掘巷围岩控制机理及其应用[J]. 郭金刚,王伟光,岳帅帅,何富连,郜明明,谢生荣. 煤炭学报. 2017(04)
[2]特厚煤层综放开采顶煤体“三带”放煤理论与应用[J]. 王金华,黄志增,于雷. 煤炭学报. 2017(04)
[3]特厚煤层错层位巷道布置的沿空掘巷技术研究[J]. 王志强,王鹏,孟宪锐,徐杰,苏泽华. 煤炭科学技术. 2017(03)
[4]我国煤矿巷道锚杆支护技术发展60年及展望[J]. 康红普. 中国矿业大学学报. 2016(06)
[5]深部厚煤层巷道失稳破裂演化过程离散元模拟研究[J]. 方刚,杨圣奇,孙建中,程建龙. 采矿与安全工程学报. 2016(04)
[6]Experimental study on the bolt–cable combined supporting technology for the extraction roadways in weakly cemented strata[J]. Meng Qingbin,Han Lijun,Sun Jingwu,Min Fengqing,Feng Wei,Zhou Xing. International Journal of Mining Science and Technology. 2015(01)
[7]特厚松软复合顶板巷道拱–梁耦合支护结构的构建及应用研究[J]. 苏学贵,宋选民,李浩春,原鸿鹄,李本奎. 岩石力学与工程学报. 2014(09)
[8]特大断面巷道软弱厚煤层顶板控制对策及安全评价[J]. 严红,何富连,王思贵. 岩石力学与工程学报. 2014(05)
[9]深部厚煤层回采巷道围岩破坏机制及支护优化[J]. 王汉鹏,李术才,李为腾,李海燕,李智. 采矿与安全工程学报. 2012(05)
[10]煤炭开采新理念——科学开采与科学产能[J]. 谢和平,王金华,申宝宏,刘见中,姜鹏飞,周宏伟,刘虹,吴刚. 煤炭学报. 2012(07)
博士论文
[1]特厚煤层开采冲击地压机理与防治研究[D]. 朱斯陶.北京科技大学 2017
[2]深部构造应力作用下厚煤层巷道围岩稳定与控制研究[D]. 肖同强.中国矿业大学 2011
[3]特大断面碎裂厚煤层巷道围岩控制机理及支护系统研究[D]. 殷东平.中国矿业大学（北京） 2011
[4]急倾斜特厚煤层水平分层开采巷道冲击地压成因与防治技术研究[D]. 鞠文君.北京交通大学 2009
本文编号：3434457
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