采动影响下大跨度煤巷围岩稳定性与支护技术研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w198911154
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随着国民经济的持续协调、又好又快发展,煤炭资源长期以来发挥着举足轻重的作用;近年来,全国的煤矿开采深度逐渐加大、地质条件愈发复杂、大型机械设备的持续引进、煤巷的跨度不断提高,受不同程度采动影响的大跨度煤巷与日俱增;为了保证巷道的安全使用和服务年限,研制出一套针对大跨度动压煤巷的支护体系和参数方法显得尤为重要。以鄂尔多斯市高家梁煤矿典型的大跨度动压煤巷为主要研究对象,系统运用理论分析、现场监测、数值模拟的方法对采动影响下大跨度煤巷的围岩稳定性及支护技术进行了全面、系统的分析研究;初步达到了以下目标:构建了动压下大跨度煤巷围岩稳定性评价体系、研制了动压下大跨度煤巷围岩变形控制对策与相应的支护技术、组建了大跨度动压煤巷联合安全监测系统;这些对保障我国煤矿的安全生产有着重要的意义。在介绍了高家梁矿区的地质构造、地形地貌、地层岩性和水文地质等基本情况后,通过现场调研、理论分析、室内岩石物理化学试验等手段,分析了大跨度动压煤巷的破坏特点、围岩稳定性影响因素和支护失效机理,最后得出了采动影响下大跨度煤巷围岩岩石变形破坏的力学机制;在阐述了国内外动压煤巷围岩稳定性分类的基础上,提出了用模糊数学进行分类的思路、确定了分类的总体指标、逐项对指标进行分析、提出了模糊聚类中心,重点针对受二次采动影响和多次采动影响的大跨度煤巷进行了围岩稳定性分类;在借鉴了国内外测试围岩松动圈的方法基础上,提出了用孔壁检视法和地震波反射法联合测试大跨度动压煤巷的松动圈联合测试方法,测定了围岩松动圈的大小和发展规律;基于前面的各项工作,提出了动态信息化联合支护体系和参数的设计方法,比较了各种支护方案的优缺点,确定了初始联合支护体系;经过理论计算和现场调研,得出了初始支护参数;为了验证该初始联合支护体系和参数是否合理,组建了由锚杆(索)实际受力监测、顶板内部离层监测、围岩表面位移收敛监测组成的大跨度动压煤巷联合监测系统,该系统能较全面且真实的反映巷道的矿压显现情况,通过监测数据反馈到调整和优化支护参数中的过程,为科学制定最终的支护体系和参数提供了决策;依据数值模拟的基本假设,模拟了大跨度动压煤巷的初始应力场,而且对该联合支护体系支护前后的位移场和应力场分别进行了模拟,结果显示模拟值和监测值很接近,证明了用大型有限差分程序FLAC3D进行数值模拟的可行性和正确性。通过现场工程实践表明本文针对大跨度动压煤巷所制定的联合支护体系和参数技术上可行、经济上合理、安全是可靠、环保上清洁,采用的技术路线和研究方案正确、试验方法和理论研究具有创新性,为矿方节约了大量资金,取得了显著的经济效益与社会效益。
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