浅埋薄基岩煤层盘区巷道支护方案优化研究
发布时间：2021-04-12 10:33
浅埋薄基岩煤层巷道开挖后顶板中不易形成结构,巷道垮塌破坏具有一定突然性,现场实际支护强度选择往往偏于保守,对该类巷道的合理支护方法进行研究具有重要的理论意义和实用价值。基于“梁-块体”理论对不同基岩厚度下的巷道顶板进行力学分析:随着基岩厚度增加,巷道破坏的主要原因从“梁”理论指导下的挠曲破坏,向“块体”理论指导下的冒落破坏转变,从拉破坏转变为剪切破坏。并通过理论计算得到两种不同破坏机制下的安全系数分布式,结合Flac3D数值模拟得到不同基岩厚度巷道上方完整岩体高度分布式,给出了不同基岩厚度巷道的破坏形式分别为挠曲破坏、整体冒落、拱形冒落。对浅埋薄基岩煤层巷道适用的支护理论进行分析:破坏形式为“挠曲破坏”时,可使用以梁理论为基础的支护理论;破坏形式为“整体冒落”时可借鉴浅埋隧道支护设计中“太沙基”理论关于围岩压力的计算方法,发现此类巷道确实需要将其巷道位移量控制在一个较小范围内以保证安全;破坏形式为“拱形冒落”时,其支护强度存在一个“拐点”,找到支护强度“拐点”是兼顾安全与经济的关键。结合红柳林3-1煤层的具体赋存条件,认为3-1煤层巷道的破坏形式以5m和15m为界限,可归纳为“整体冒落...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
组合梁的力学作用○3新奥法是20世纪60年代L.V.RabcewiczA[14]提出的一种施工方法，即“奥地利隧道
锏榔苹党潭取?○5承压环强化支护理论高延法[21]在2010年首次提出“承压环”的概念，该理论认为以钢筋混凝土支架支护、锚喷网支护、围岩注浆以及修筑钢筋混凝土选体等支护技术能在巷道围岩内形成“承压环”，从而可以改善巷道的应力状态，维护巷道稳定性。对于这种复合支护技术，其学生李学彬在此基础上建立了承压环强化力学模型，进一步完善了理论研究。学生刘国磊对于不同围岩条件下的承压环强化作用，通过数值模拟与理论分析进行了研究，并在北皂煤矿行工程实践，实践证明其支护效果提升明显，巷道稳定性大幅度提高。图1.2承压圈的形成○6煤巷强帮强角支护理论单仁亮[22]等人在2013年分析了煤巷帮部破坏和加固机制，认为目前大部分关于巷道支护的研究都是关注于顶板，而在工程实践中发现，往往由于两帮支护强度不足会造成整个巷道的失稳。通过理论分析结合实验室实验和现场监测发现，合理的煤巷强
1绪论5帮强角支护强度不仅可以有效控制巷道两帮围岩变形，而且由于两帮承载力的提高，巷道顶板也会因此更加稳定，对于巷道整体稳定性提高的效果明显。图1.3帮锚的力学作用○7极限自稳平衡圈理论黄庆享[23]教授2014根据巷道围岩垮落过程中的自然平衡现象，提出了巷道围岩“极限自稳平衡拱”概念。该理论认为顶板存在由于拉应力而易破坏的区域，而帮部大多会因剪切应力破坏。顶板是巷道支护的重点，其上部会形成以应力为分界线的“自然平衡拱”，而巷道各处的支护效果之间会相互影响，我们也应该注意帮部和底板的支护是否合理。黄庆享教授基于上述理论总结出了“治顶先治帮，治帮先治底，结合部是关键”的支护原则。○8等强梁支护理论左建平[24]等人在2018年通过分析矩形巷道的应力分布规律，得到矩形巷道顶板弯曲正应力和剪切应力的分布特征，认为对于矩形巷道来说由于顶板中部的弯曲正应力最大，应该作为支护的重点对象，但是目前采用的大部分为等长锚杆支护，存在一定程度上的资源浪费。因此应该通过以弯曲应力数值解为理论基础，在巷道顶板不同位置设计不同长度的锚杆，以最大应力为控制条件，进行顶板的等强梁支护设计。图1.4等强梁的形成○9支护-改性-卸压协同控制康红普[25]等在2020年针对千米深井、软岩、强采动巷道中遇到的巷道围岩大变形问题，利用理论分析、实验室试验、现场实践相结合，认为对此类巷道支护中发生大变形主要有两种形式，分别为偏应力作用下的围岩扩容、锚固结构体整体挤出。通过数值模拟对不同方案进行分析，总结出预应力锚杆及时支护，控制围岩变形量；高压
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制技术[J]. 康红普,姜鹏飞,黄炳香,管学茂,王志根,吴拥政,高富强,杨建威,程利兴,郑仰发,李建忠. 煤炭学报. 2020(03)
[2]国内外煤巷支护技术研究进展[J]. 单仁亮,彭杨皓,孔祥松,肖禹航,原鸿鹄,黄博,郑赟. 岩石力学与工程学报. 2019(12)
[3]基于岩梁-块体理论的巷道软弱层直接顶板破坏形式研究[J]. 陈虎,叶义成,王其虎,胡南燕,刘冉,江慧敏. 岩土力学. 2020(04)
[4]基于围岩松动圈理论的矩形巷道支护技术[J]. 冉金林,王洪闪,李廷春,张卫. 煤矿安全. 2019(07)
[5]浅埋黄土隧道围岩压力计算方法[J]. 于丽,吕城,段儒禹,王明年. 中国铁道科学. 2019(04)
[6]钢管混凝土支架与围岩相互作用关系模型试验研究[J]. 樊祥喜,魏海兵,肖禹航,牛晋平,李贺朋,鲍甜甜,鲁云芳. 煤炭工程. 2019(04)
[7]粉质黏土隧道超前支护效应试验研究[J]. 李术才,陈红宾,张晓,龚英杰,李会良,丁万涛,王琦. 中南大学学报(自然科学版). 2019(04)
[8]典型浅埋煤层回采巷道锚杆支护特性研究[J]. 陈长华,崔强. 煤炭科学技术. 2018(S1)
[9]深部煤矿巷道等强梁支护理论模型及模拟研究[J]. 左建平,文金浩,胡顺银,赵善坤. 煤炭学报. 2018(S1)
[10]西部高强度采煤区矿山地质灾害现状与防控技术[J]. 范立民,马雄德,李永红,李成,姚超伟,向茂西,仵拨云,彭捷. 煤炭学报. 2017(02)
博士论文
[1]高速铁路浅埋大断面黄土隧道空间变形特性及支护机理研究[D]. 孟德鑫.北京交通大学 2016
[2]钢管混凝土支架强度与巷道承压环强化支护理论研究[D]. 李学彬.中国矿业大学(北京) 2012
[3]矿山巷道支护设计的可靠性研究[D]. 王茹.东北大学 2009
硕士论文
[1]柠条塔煤矿S1201回采巷道支护设计及效果评价研究[D]. 宋涛.西安科技大学 2019
[2]张家峁矿厚煤层大断面巷帮破坏机制及围岩稳定性控制[D]. 贾飞.中国矿业大学 2019
[3]柠条塔煤矿大断面运输顺槽支护参数优化研究[D]. 贺哲.西安科技大学 2018
[4]安山煤矿浅埋煤层巷道支护参数优化研究[D]. 刘辉.西安科技大学 2018
[5]张家峁煤矿5-2煤综采面胶运顺槽锚杆支护技术研究[D]. 杨霞.西安科技大学 2017
[6]节理岩层预应力锚固体承载特性研究[D]. 杨建雄.中国矿业大学 2017
本文编号：3133151
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
组合梁的力学作用○3新奥法是20世纪60年代L.V.RabcewiczA[14]提出的一种施工方法，即“奥地利隧道
锏榔苹党潭取?○5承压环强化支护理论高延法[21]在2010年首次提出“承压环”的概念，该理论认为以钢筋混凝土支架支护、锚喷网支护、围岩注浆以及修筑钢筋混凝土选体等支护技术能在巷道围岩内形成“承压环”，从而可以改善巷道的应力状态，维护巷道稳定性。对于这种复合支护技术，其学生李学彬在此基础上建立了承压环强化力学模型，进一步完善了理论研究。学生刘国磊对于不同围岩条件下的承压环强化作用，通过数值模拟与理论分析进行了研究，并在北皂煤矿行工程实践，实践证明其支护效果提升明显，巷道稳定性大幅度提高。图1.2承压圈的形成○6煤巷强帮强角支护理论单仁亮[22]等人在2013年分析了煤巷帮部破坏和加固机制，认为目前大部分关于巷道支护的研究都是关注于顶板，而在工程实践中发现，往往由于两帮支护强度不足会造成整个巷道的失稳。通过理论分析结合实验室实验和现场监测发现，合理的煤巷强
1绪论5帮强角支护强度不仅可以有效控制巷道两帮围岩变形，而且由于两帮承载力的提高，巷道顶板也会因此更加稳定，对于巷道整体稳定性提高的效果明显。图1.3帮锚的力学作用○7极限自稳平衡圈理论黄庆享[23]教授2014根据巷道围岩垮落过程中的自然平衡现象，提出了巷道围岩“极限自稳平衡拱”概念。该理论认为顶板存在由于拉应力而易破坏的区域，而帮部大多会因剪切应力破坏。顶板是巷道支护的重点，其上部会形成以应力为分界线的“自然平衡拱”，而巷道各处的支护效果之间会相互影响，我们也应该注意帮部和底板的支护是否合理。黄庆享教授基于上述理论总结出了“治顶先治帮，治帮先治底，结合部是关键”的支护原则。○8等强梁支护理论左建平[24]等人在2018年通过分析矩形巷道的应力分布规律，得到矩形巷道顶板弯曲正应力和剪切应力的分布特征，认为对于矩形巷道来说由于顶板中部的弯曲正应力最大，应该作为支护的重点对象，但是目前采用的大部分为等长锚杆支护，存在一定程度上的资源浪费。因此应该通过以弯曲应力数值解为理论基础，在巷道顶板不同位置设计不同长度的锚杆，以最大应力为控制条件，进行顶板的等强梁支护设计。图1.4等强梁的形成○9支护-改性-卸压协同控制康红普[25]等在2020年针对千米深井、软岩、强采动巷道中遇到的巷道围岩大变形问题，利用理论分析、实验室试验、现场实践相结合，认为对此类巷道支护中发生大变形主要有两种形式，分别为偏应力作用下的围岩扩容、锚固结构体整体挤出。通过数值模拟对不同方案进行分析，总结出预应力锚杆及时支护，控制围岩变形量；高压
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制技术[J]. 康红普,姜鹏飞,黄炳香,管学茂,王志根,吴拥政,高富强,杨建威,程利兴,郑仰发,李建忠. 煤炭学报. 2020(03)
[2]国内外煤巷支护技术研究进展[J]. 单仁亮,彭杨皓,孔祥松,肖禹航,原鸿鹄,黄博,郑赟. 岩石力学与工程学报. 2019(12)
[3]基于岩梁-块体理论的巷道软弱层直接顶板破坏形式研究[J]. 陈虎,叶义成,王其虎,胡南燕,刘冉,江慧敏. 岩土力学. 2020(04)
[4]基于围岩松动圈理论的矩形巷道支护技术[J]. 冉金林,王洪闪,李廷春,张卫. 煤矿安全. 2019(07)
[5]浅埋黄土隧道围岩压力计算方法[J]. 于丽,吕城,段儒禹,王明年. 中国铁道科学. 2019(04)
[6]钢管混凝土支架与围岩相互作用关系模型试验研究[J]. 樊祥喜,魏海兵,肖禹航,牛晋平,李贺朋,鲍甜甜,鲁云芳. 煤炭工程. 2019(04)
[7]粉质黏土隧道超前支护效应试验研究[J]. 李术才,陈红宾,张晓,龚英杰,李会良,丁万涛,王琦. 中南大学学报(自然科学版). 2019(04)
[8]典型浅埋煤层回采巷道锚杆支护特性研究[J]. 陈长华,崔强. 煤炭科学技术. 2018(S1)
[9]深部煤矿巷道等强梁支护理论模型及模拟研究[J]. 左建平,文金浩,胡顺银,赵善坤. 煤炭学报. 2018(S1)
[10]西部高强度采煤区矿山地质灾害现状与防控技术[J]. 范立民,马雄德,李永红,李成,姚超伟,向茂西,仵拨云,彭捷. 煤炭学报. 2017(02)
博士论文
[1]高速铁路浅埋大断面黄土隧道空间变形特性及支护机理研究[D]. 孟德鑫.北京交通大学 2016
[2]钢管混凝土支架强度与巷道承压环强化支护理论研究[D]. 李学彬.中国矿业大学(北京) 2012
[3]矿山巷道支护设计的可靠性研究[D]. 王茹.东北大学 2009
硕士论文
[1]柠条塔煤矿S1201回采巷道支护设计及效果评价研究[D]. 宋涛.西安科技大学 2019
[2]张家峁矿厚煤层大断面巷帮破坏机制及围岩稳定性控制[D]. 贾飞.中国矿业大学 2019
[3]柠条塔煤矿大断面运输顺槽支护参数优化研究[D]. 贺哲.西安科技大学 2018
[4]安山煤矿浅埋煤层巷道支护参数优化研究[D]. 刘辉.西安科技大学 2018
[5]张家峁煤矿5-2煤综采面胶运顺槽锚杆支护技术研究[D]. 杨霞.西安科技大学 2017
[6]节理岩层预应力锚固体承载特性研究[D]. 杨建雄.中国矿业大学 2017
本文编号：3133151
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