深部大变形巷道破坏机理及切槽嵌合卸压支护技术研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:slovedw520
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
深部巷道围岩受高地应力影响常常出现非线性大变形破坏,围岩结构和力学表现持续恶化,采用传统方法对其加强支护时,围岩中的高应力容易导致支护结构破坏,从而造成支护结构失效,为巷道正常使用埋下了巨大安全隐患。本文以麻家梁煤矿4#煤层胶带运输大巷为工程背景,综合运用现场实测、理论分析、力学测试、数值模拟、现场应用等方法,对深部大变形巷道围岩破坏机理及稳定性支护等问题开展研究,从围岩应力控制角度出发,提出了一种新型切槽嵌合卸压支护技术,现场工业性试验效果良好,能有效控制巷道围岩变形,为深部巷道围岩大变形控制提供了新的手段。论文主要研究结论如下:(1)麻家梁煤矿4#煤层胶带运输大巷埋深大,围岩变形明显,原支护损毁失效严重,根据地应力测量结果,巷道处于较高的应力环境之中;巷道煤、岩样物理力学参数测试结果表明,围岩物理力学性质较差,强度及承载力偏低;顶板钻孔窥视结果显示围岩节理裂隙较为发育,整体性较差,稳定性较低。(2)针对深部大变形巷道围岩破坏原因,综合分析得出:高应力是造成巷道围岩大变形破坏的根本原因;围岩自身物理力学性质较差,强度和承载力偏低,节理裂隙较为发育等加剧了围岩变形;原支护方案不能适应围岩变形,提供的支护强度低,难以满足支护要求是围岩变形破坏的直接原因。力学理论分析得出围岩变形量随着围岩应力和破碎区厚度的增大而增加,对于深部巷道围岩大变形控制可以从两方面考虑:降低围岩应力状态,改善围岩所处应力环境;或提高支护强度增强岩体围压提升岩体残余强度,降低浅部岩体破碎程度。(3)从围岩应力控制角度出发,提出了一种新型切槽嵌合卸压支护技术,并结合能量支护转换规律对支护机理进行了阐述。通过力学理论分析给出了切槽嵌合卸压支护技术理论上的最佳卸压量公式。对不同卸压材料进行力学测试后,选取出了合适的卸压材料为大孔径置孔卸压材料,并对大孔径置孔卸压材料孔型排列方式进行了优化,通过力学测试确定了其最佳的孔型排列方式为三角形排列。(4)通过FLAC3D数值模拟对比分析了切槽嵌入不同层数、排数以及列数卸压材料时对围岩变形的影响,得出了随着卸压材料层数、排数和列数的增加,围岩变形量均出现先减小后增加的变化规律,确定了大孔径置孔卸压材料单块规格为200 mm×200 mm×400 mm时在围岩中的最佳嵌入量为3层、3排、2列;同时将切槽嵌合卸压支护方案与原支护方案进行对比分析后发现,切槽嵌合卸压支护技术通过在巷道两帮切槽嵌入卸压材料,能有效改善围岩应力场、位移场以及塑性区分布特征,验证了切槽嵌合支护技术的合理性。(5)现场工业性试验矿压监测结果显示,相较于原支护方案,巷道采用切槽嵌合卸压支护后,顶板最大下沉量由993.3 mm降低为262.7 mm,两帮最大移近量由1066.3 mm降低为348.2 mm,顶板和两帮变形量分别降低73.6%和67.3%,巷道变形得到有效控制,顶板离层量处于安全范围,锚杆受力合理,工字钢金属支架基本完好,围岩处于稳定状态,能满足巷道行人、运输等使用要求,验证了切槽嵌合卸压支护技术的可行性。
其他文献
山西宁武煤田石炭-二叠纪煤层中铝、锂及稀土等元素富集,是煤型关键金属潜在有利区。平朔矿区安家岭煤矿9号煤中Al、Li和稀土等元素的富集受到陆源碎屑的控制,但对导致Li等关键金属的富集程度及元素富集组合这种差异的原因没有深入系统的分析。本文选取安家岭9号煤层(包括顶底板及夹矸)为研究对象,基于矿物学、地球化学和锆石年代学等学科理论知识,综合利用偏光显微镜、XRD、Raman、ICP-OES、ICP-
采煤机在截割过程中,刮板输送机中部槽既是采煤机的运行轨道,又是物料运输的主要载体,还会受到采煤机截割煤壁落下的煤岩等的冲击。此外,中部槽还会面临着多种工况和复杂多变的矿井环境,因此中部槽也成为刮板输送机中消耗量最大的部件之一,一旦出现故障,其维修难度大而且影响生产进度,导致资源浪费。本文以刮板输送机为研究对象,在采煤机与刮板输送机耦合作用基础上对中部槽进行动力学分析。首先,获取采煤机与刮板输送机耦
煤炭的开采中,煤炭一般具有一定的水分且细粒煤炭含量较高,导致了煤炭在筛分过程中会发生黏附成团和堵塞筛孔的现象,进而造成筛分环境恶化及筛分效率降低。弛张筛独特的聚氨酯筛板与相互交错的弛张运动,使筛面上运动的物料得到较大的抛射强度,能有效的实现潮湿细粒煤炭的筛分。目前对湿煤聚团与弛张筛筛板碰撞解聚的研究较为缓慢,为兼顾湿煤聚团的解聚与筛板的使用寿命,本文基于聚团筛分试验建立湿煤聚团离散元模型,并对筛板
晋东北地区大地构造属华北板块北缘活动带,燕山期岩浆热液活动较为强烈,是山西重要的多金属成矿区。经过多年的地质研究,不同比例尺的基础地质调查及重点区域的地质矿产调查已相继完成,积累了丰富的地质资料,但由于以往工作以解决基础的地质问题为主要目的,在区内虽有矿床的发现,但对成矿规律、成矿物质来源等研究较为欠缺,因此,在该区进一步应用新方法、新理论对其成矿机制、空间耦合等研究将对下一步找矿具有一定的指导意
随着煤层开采地质条件日趋复杂,采动影响巷道的矿压显现越发明显,尤其是遇到断层、节理发育等地带,巷道更容易受采动影响发生大范围失稳垮落,因此对高应力区巷道采动影响时效特征与围岩稳定控制研究意义重大。为了解决此类巷道在服务期间内围岩变形严重、不易控制的技术难题,本文以双柳煤矿3316工作面高应力区采动影响巷道为背景,通过实验室测试、理论分析、数值分析与现场监测等方法,研究高应力区抽采巷围岩应力和变形受
在煤矿开采过程中,按传统的采煤方法必须保留一定的安全煤柱,这样就造成很大的资源浪费;另外,留设的安全煤柱还存在应力集中等问题。切顶卸压沿空留巷技术在实现高效开采的基础上,能够有效消除安全煤柱处矿压应力集中的现象,在煤矿开采的安全性上有一定的优势。同时,切顶卸压沿空留巷技术还可以在很大程度上缓解采掘接续紧张的状况,以满足工作面快速推进的要求。本文以切顶卸压沿空留巷理论为主导,探索在杜儿坪矿68310
永磁外转子提升机作为新一代矿井提升机,以低转速、大扭矩、能耗低、基建少等优点逐步运用于矿井提升系统,其高效性与可靠性直接关系到矿山的生产效率及生产安全。矿山实际生产中,缠绕式永磁外转子提升机提升负载具有吨位大、时变特性,外转子滚筒作为直驱机构,负载将直接作用于滚筒上,因此其受载为一种非线性、强耦合、多目标的复杂受力问题,时变负载引起外转子滚筒等关键承载体受载特性发生变化,对其安全性与可靠性造成一定
本论文收集了山西省六大煤田煤中微量元素含量数据,并从河东煤田、宁武煤田和沁水煤田补充采样174件,使用ICP-OES与ICP-MS对其主微量元素含量进行测试。通过使用数理统计的方法分析山西省煤中富集微量元素平面展布的非均性,从而对煤中富集微量元素的分布特征及含量特征进行了相关研究。主要研究结果如下:(1)山西省主要煤田煤中SiO2、Al2O3、TiO2、P2O5、K2O、Na2O、Mn O的含量均
矿区开采沉陷与其他地表形变不同,其特点是沉降量级大、形变剧烈。由于煤矿开采会在矿区地表形成地裂缝、塌陷坑、滑坡等一系列地质灾害进而对当地的构筑物、建筑物以及生态环境造成严重的损害,而且频发的次生地质灾害也会对矿区居民的生命财产安全形成严重的威胁。在国家减灾防灾的紧迫需求下,实时、准确地掌握矿区地表的形变情况,形成科学的地表沉降监管体系,对于保障矿区居民的正常生活以及当地生态环境的进一步优化至关重要