预支撑沿空留巷围岩稳定性研究

发布时间：2017-08-19 11:20

  本文关键词：预支撑沿空留巷围岩稳定性研究

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【摘要】：巷旁支护的结构形式始终是制约沿空留巷成功的关键,预支撑隔离墙结构利用单体柱和惠天锚柱形成的预支撑轮廓克服了隔离墙不能主动给压且早期强度低的缺陷,实现了巷旁支护由被动向主动的转化。通过力学研究与数值模拟相结合的方法,系统研究了预支撑对于改善巷道的受力状态所发挥的作用,分析了预支撑作用效应力学原理,阐述了预支撑作用效应下围岩稳定性机理,提出了预支撑支护体系“高强适刚、协调匹配、适应性”三阶段设计原则,并在此基础上进行了工业试验。研究表明,预支撑的作用效应决定着围岩的断裂位置,而围岩的断裂位置又决定着所需巷旁支护阻力的大小,所以预支撑与巷旁支护存在特定的力学联系,预支撑辅助切顶可以适当的泄压以充分发挥围岩的自承能力及降低隔离墙的支护阻力。预支撑与巷帮支护也存在着力学联系,预支撑作为超前支点,使煤帮对上覆岩层的支撑点向巷帮深处转移,降低煤帮外围煤体的实际载荷,也降低了巷道直接顶所受上覆岩层的有效荷载,进而降低了由外荷载所引起的帮锚杆与顶锚杆的荷载。研究发现顶锚杆(索)的荷载变化规律与留巷端头矿压显现规律不同步是预支撑作用效应下的必然结果,且随着隔离墙荷载的增加,顶锚杆(索)的荷载有降低的趋势。随着开挖面的前行,预支撑的轴力逐渐增大,靠近采空区一侧的轴力要比巷道一侧的轴力大,且随着锚柱初撑力的提高隔离墙在取代锚柱成为承载主体的过程中锚柱的应力越集中;预支撑能够在煤层开挖后第一时间为巷道提供支护阻力,不仅有效抑制了巷道的初期变形,还能与隔离墙一起作用共同维护与控制巷道的后期稳定。
【关键词】：沿空留巷 隔离墙 惠天锚柱 预支撑
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 选题背景及研究意义8-9
• 1.1.1 选题背景8-9
• 1.1.2 研究意义9
• 1.2 本课题研究领域国内外的研究动态及发展趋势9-12
• 1.2.1 留巷围岩结构控制研究9-10
• 1.2.2 巷内支护研究10-11
• 1.2.3 巷旁支护研究11-12
• 1.3 本课题拟采取的研究方案、技术路线12-15
• 1.3.1 研究内容12-13
• 1.3.2 研究方法13-14
• 1.3.3 技术路线14-15
• 2 沿空留巷预支撑作用效应力学研究15-33
• 2.1 预支撑沿空留巷围岩破断模型的提出15-17
• 2.2 回采过程沿空侧支撑作用力学分析17-24
• 2.2.1 顶板中无关键层17-21
• 2.2.2 顶板中有关键层21-24
• 2.3 破断岩块的回转下沉24-26
• 2.4 破断岩块旋转下沉过程中隔离墙受力分析26-28
• 2.5 预支撑与岩层的二次断裂28-30
• 2.6 预支撑对顶板下沉量的影响30-31
• 2.7 小结31-33
• 3 沿空留巷预支撑作用效应数值模拟研究33-46
• 3.1 数值分析模型33-34
• 3.2 预支撑沿空留巷应力与变形演化规律对比分析34-45
• 3.2.1 锚杆应力对比分析34-38
• 3.2.2 隔离墙应力对比分析38-40
• 3.2.3 巷道变形量对比分析40-43
• 3.2.4 预支撑应力发展变化分析43-45
• 3.3 小结45-46
• 4 预支撑沿空留巷围岩稳定控制46-54
• 4.1 巷内支护控制47-48
• 4.1.1 预应力锚网索联合支护47
• 4.1.2 巷内加强支护47-48
• 4.2 巷旁支护控制48-50
• 4.2.1 预支撑支护48-49
• 4.2.2 隔离墙支护49-50
• 4.2.3 柔性接顶50
• 4.3 巷帮稳定性控制50-52
• 4.4 预支撑支护体系设计原则52-53
• 4.5 小结53-54
• 5 工业试验54-61
• 5.1 锚柱网预支撑袋铸混凝土沿空留巷技术54-55
• 5.2 工程地质及水文地质条件55
• 5.3 巷旁支护参数确定55-56
• 5.4 巷内支护参数确定56
• 5.5 矿压监测效果分析56-60
• 5.6 小结60-61
• 6 主要结论与展望61-63
• 6.1 主要结论61
• 6.2 展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 附录68

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