松散破碎围岩巷道梯形金属支架支护技术优化研究

发布时间：2018-02-02 17:50

  本文关键词： 巷道支护 结构优化 松动圈 金属支架 数值计算　出处：《安徽理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着煤矿开采深度的不断增加,巷道支护技术的难度也不断提升。一些巷道围岩由于受到高地压的作用,变得松软破碎,不能较好的承载矿山压力,导致巷道变形不断加大。对于一些地压较小的巷道,目前的支护技术能够有效的满足其安全及正常使用需求,但当遇到较大地压时,原有的支护方法难以保证预期的支护效果,必须对巷道进行补强修复或结构优化。文章简单介绍了关于矿山岩石力学的一些相关理论,从岩石的破坏条件到巷道开挖后围岩应力的重分布再到松动圈的产生,概括了巷道从开挖到支护背后所蕴涵的力学机理。分析了软岩巷道变形规律和控制机理,对于易破碎的软岩巷道的变形控制要从抑制围岩松动圈的发展着手,依靠岩石的自稳定再辅以一些外界的支护,通过主动支护与被动支护相结合的思想,设计最佳的支护形式。本文依据杨庄煤矿IV520风巷支护设计为研究背景,研究了梯形巷道在高地应力下应力分布和变形的特点,分析表明顶板和两帮中心部位受力变形最大,巷道周围出现应力集中,以四个拐角最为明显;研究了不同梯形巷道断面对围岩应力二次分布的影响,顶板宽度的增加相当于增加了顶梁宽度,使得两帮的应力向顶板转移,两帮变形不断减小,顶板变形不断加大;给出了更加符合实际的梯形棚架的受力模型,在棚梁与棚腿之间采用搭接的情况下,梁与腿之间考虑为铰接,棚腿与地面考虑为固定铰支座更符合工程实际。通过计算梯形支架的应力情况,得到了梯形支架最佳结构的公式,最佳结构与高宽比关系密切而与荷载的具体大小没有直接关系;对比分析优化之后的结构和优化前结构应力分布特点设计的短锚轻架支护结构被成功运用到工程实践中,通过对变形较大的部位施加锚杆锚索固定,明显减小了该部位的变形大小,改善了支护效果。通过现场调查,资料收集,到数值模拟与理论分析,再到支护方案的确定与应用,最后再用实际监测数据来分析总结,所得出的支护设计方案对今后松散破碎围岩巷道的支护提供一些参考与经验。
[Abstract]:With the continuous increase of mining depth, the difficulty of roadway support technology is also increasing. Some roadway surrounding rock become soft and broken because of high ground pressure, which can not bear the mine pressure better. For some roadways with low ground pressure, the current support technology can effectively meet its safety and normal use needs, but when encountered a greater pressure. The original supporting method is difficult to guarantee the expected support effect, so it is necessary to repair the roadway or optimize the structure. This paper briefly introduces some related theories about rock mechanics in mines. From the failure condition of rock to the stress redistribution of surrounding rock after tunnel excavation to the generation of loosening circle, the mechanics mechanism of roadway from excavation to support is summarized, and the deformation law and control mechanism of soft rock roadway are analyzed. For the easily broken soft rock roadway deformation control should start from restraining the development of surrounding rock loose circle relying on the rock self-stability and then some external support through the combination of active support and passive support thought. According to the research background of IV520 wind roadway support design in Yangzhuang Coal Mine, the characteristics of stress distribution and deformation of trapezoidal roadway under high ground stress are studied in this paper. The analysis shows that the stress deformation of the roof and the center of the two bands is the largest, the stress concentration around the roadway appears, and the four corners are the most obvious. The influence of different trapezoid roadway sections on the secondary distribution of surrounding rock stress is studied. The increase of roof width is equivalent to the increase of roof beam width, which makes the stress of the two sides transfer to the roof, and the deformation of the two sides decreases continuously. The roof deformation is increasing; A more practical stress model of trapezoidal scaffolding is given. In the case of lap connection between the shed beam and the shed leg, the hinge connection between the beam and the leg is considered. The fixed hinge support is more suitable for engineering practice. By calculating the stress of trapezoidal support, the formula of the optimum structure of trapezoid support is obtained. The optimum structure is closely related to the aspect ratio, but not directly related to the specific size of the load. Comparing and analyzing the stress distribution characteristics of the optimized structure and the structural stress distribution before the optimization, the short anchor and light frame support structure has been successfully applied to the engineering practice, and the anchor cable has been applied to the large deformed part of the structure. Obviously reduce the deformation of the site, improve the support effect. Through field investigation, data collection, numerical simulation and theoretical analysis, and then to the determination and application of the support scheme. Finally, by analyzing and summing up the actual monitoring data, the design scheme of the support provided some reference and experience for the support of loose and broken surrounding rock roadway in the future.
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD353

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