煤巷复合顶板的变形破坏规律分析及合理支护技术研究
随着中国工业发展对煤炭消耗的日益增加,煤矿复合顶板巷道的数量和比例不断增加,复合顶板巷道的围岩控制问题越来越突出。因此,弄清复合顶板巷道的变形和破坏规律,进行复合顶板巷道的支护技术研究具有非常重要的工程应用价值。论文以典型的煤巷复合顶板为模型,采用理论分析、数值模拟与现场试验相结合的手段对复合顶板的变形破坏规律及合理支护技术进行了深入研究,主要的研究内容及结论有: (1)通过煤巷复合顶板受力状态的分析,结合国内外关于复合顶板的研究现状,给出了一个更为切合实际和全面的复合顶板概念,并对复合顶板的变形破坏特征进行了系统分析。 (2)建立了煤巷复合顶板的受力模型,并对该模型进行了受力状态分析。假设煤巷复合顶板在破坏前及破坏的临界状态各岩层的变形曲率相同,将顶板所受的荷载分配到各岩层中,进而分析复合顶板各岩层的受力状态。根据复合顶板的受力特征分析其变形破坏规律,认为煤巷复合顶板有经过结构均化—结构刚度弱化—结构承载调整—结构失稳(或结构稳定)的变形破坏规律。 (3)通过分析复合顶板的变形破坏规律,得到了影响煤巷复合顶板变形破坏的因素主要有地应力、围岩的物理力学性质、围岩结构、巷道断面等内容,提出了提高煤巷复合顶板稳定性的措施。 (4)根据煤巷复合顶板的变形破坏规律,开展了煤巷复合顶板的合理支护技术研究。提出了用基于刚性梁理论的“梁—拱”支护设计理论来作为复合顶板巷道支护设计的理论依据,认为在复合顶板巷道的支护设计中应当采用组合梁理论进行顶板锚杆的支护设计,采用冒落拱理论进行巷帮锚杆和锚索的支护设计,同时在支护设计中应充分认识到预紧力的作用,通过高预紧力来提高复合顶板的整体刚度,从而提高巷道的稳定性。在巷道支护设计时采用动态信息设计法,即工程地质资料的搜集—复合顶板变形破坏规律分析—初步支护设计—支护效果评价—修改支护参数—巷道施工—巷道监测。最后,提出了一套适合于复合顶板巷道支护参数设计的实用方法。 (5)以亭南煤矿典型复合顶板巷道为工程实践,采用数值模拟和现场试验相结合的手段验证了本文提出的煤巷复合顶板的变形破坏规律及合理支护技术。
煤巷复合顶板;变形破坏规律;支护技术;数值模拟
西安科技大学
硕士
桥梁与隧道工程
谷拴成
2012
中文
TD353
88
2012-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）