深部厚层复合顶板煤层巷道围岩稳定性分析及控制技术研究

论文摘要

以江西曲江矿厚层复合顶板的煤巷支护为工程背景,提出利用纵横弯曲理论对深部高水平应力作用下厚层复合顶板的离层现象及机理进行分析。该理论指出因厚层复合顶板中各个岩层的抗弯刚度不同,引起岩层发生弯曲时各岩层的弯曲变形程度不同,导致顶板间各岩层产生离层现象,并指出高水平应力可使厚层复合顶板岩层的弯曲变形程度增加,顶板的离层范围增大。利用FLAC3D软件模拟厚层复合顶板中煤线条数对煤层巷道围岩稳定性的影响。得出无论在实体煤巷道中,还是在煤柱巷道中,随厚层复合顶板中煤线条数的增加,顶板的下沉量及巷道围岩的变形量显著增加,复合顶板的离层程度明显增加,巷道围岩的塑性区范围明显增大,巷道两帮的应力峰值更加远离巷道。对不同煤柱尺寸煤柱巷道的围岩稳定性进行分析,指出在回采巷道中,受邻近采空区固定支承压力的影响,顶板下沉量及其巷道围岩变形量均明显增加。对曲江矿212工作面回风巷的原支护方式失效的原因进行分析,提出该巷道支护采用以高强锚杆和高预应力为核心的锚杆支护技术,提高复合顶板的抗弯刚度,在顶、底角以450方向布置桁架锚索,并且在顶板中心线处布置强力锚索,使锚固体与顶板上覆坚硬的岩层组成一整体,通过锚杆、锚索、网联合作用,使巷道围岩的稳定性得到提高,最后达到控制巷道围岩变形的目的。对采用新支护方式支护的212工作面回风巷两帮变形量及其顶底板的移近量进行监测,其结果表明,支护效果显著,巷道比较稳定,达到了预期的设计目的。本文得到国家自然科学基金项目(51074071)的资助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究现状的评述及存在问题
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.5 拟采取的研究方法
• 第二章 厚层复合顶板的力学特性分析
• 2.1 厚层复合顶板的特点
• 2.2 厚层复合顶板的离层机理及力学分析
• 2.2.1 复合顶板离层机理
• 2.2.2 厚层复合顶板受力变形分析
• 2.3 复合顶板条件下沿空掘巷的受力变形分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 数值模拟及分析
• 3.1 数值计算内容和方法
• 3.1.1 数值计算内容
• 3.1.2 模拟的条件及其模型
• 3.2 厚层复合顶板中煤线条数对煤层巷道的影响
• 3.3 厚层复合顶板条件下水平应力对巷道变形的影响
• 3.4 厚层复合顶板沿空掘巷的稳定性分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 厚层复合顶板锚杆支护技术
• 4.1 锚杆支护理论
• 4.2 锚杆支护作用的机理分析
• 4.3 锚杆主动支护与预应力作用机制
• 4.4 复合顶板动压巷道锚索补强的重要性
• 4.5 厚层复合顶板巷道围岩控制
• 4.6 本章小结
• 第五章 工程实践
• 5.1 工程地质概况
• 5.2 巷道变形破坏分析
• 5.3 支护方案
• 5.3.1 控制原理及技术
• 5.3.2 煤柱宽度确定
• 5.3.3 支护方案及参数
• 5.4 现场支护效果监测
• 5.5 本章小结
• 第六章 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 （攻读硕士学位期间参与的科研项目及发表的学术论文）