煤巷復(fù)合頂板變形破壞機(jī)理及支護(hù)技術(shù)研究.pdf

1、由于煤炭開采深度的增加，煤巷復(fù)合頂板的離層破碎問題越來越突出，頂板維護(hù)越來越困難，甚至出現(xiàn)頂板巖層極度破碎、支架折損嚴(yán)重以及巷道斷面收縮嚴(yán)重等現(xiàn)象導(dǎo)致工作面無法正?；夭?。如何消除冒頂、片幫，有效維護(hù)復(fù)合頂板和兩幫穩(wěn)定，控制圍巖變形，提高圍巖整體穩(wěn)定性，已成為確保煤礦安全、高效地生產(chǎn)的關(guān)鍵，是影響我國(guó)煤炭開采向縱深發(fā)展和安全生產(chǎn)的關(guān)鍵問題之一。本文通過對(duì)前人研究成果進(jìn)行總結(jié)，建立復(fù)合頂板模型對(duì)其進(jìn)行破壞機(jī)理的分析，根據(jù)所分析的結(jié)論進(jìn)行巷道

2、支護(hù)體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并應(yīng)用數(shù)值模擬手段進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：
　　(1)將前人對(duì)層狀巖體以及煤巷復(fù)合頂板的研究結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析，得出煤巷復(fù)合頂板各巖層之間受力的一般情況，以及其變形的一般情況。據(jù)此確定本文的研究方向。
　　(2)對(duì)煤巷復(fù)合頂板的變形破壞機(jī)理進(jìn)行理論方面的分析。將復(fù)合頂板巖層簡(jiǎn)化為巖梁模型，以單層巖梁為研究對(duì)象，應(yīng)用彈性力學(xué)、材料力學(xué)等力學(xué)理論分析其受荷后內(nèi)部應(yīng)力的變化情況。經(jīng)過理論計(jì)算，得出單

3、層巖梁正應(yīng)力的表達(dá)式，利用極限平衡原則求出巖梁在達(dá)到極限應(yīng)力情況下巖體的破壞位置，從而推出復(fù)合頂板破壞發(fā)展的極限高度與頂板破壞判斷準(zhǔn)則。通過理論分析研究，總結(jié)出影響復(fù)合頂板變形破壞的一般性因素。
　　(3)根據(jù)對(duì)煤巷復(fù)合頂板變形破壞機(jī)理的分析計(jì)算，對(duì)煤巷復(fù)合頂板的支護(hù)進(jìn)行研究，提出“基于組合梁與冒落破壞面的‘多角度錨桿組合梁懸吊’支護(hù)”設(shè)計(jì)理念。此理念認(rèn)為根據(jù)煤巷復(fù)合頂板巖層的地質(zhì)情況與錨桿長(zhǎng)度的局限性，采用組合梁理論進(jìn)行錨桿支護(hù)

4、，再利用錨索將組合梁懸吊于穩(wěn)定巖層較為合適，并且根據(jù)對(duì)復(fù)合頂板破壞面的計(jì)算認(rèn)為改變頂板錨桿的錨固方向，使其盡量與破壞面進(jìn)行垂直可提高組合梁的強(qiáng)度。再者，由于巷道開掘后復(fù)合頂板的初期變形會(huì)對(duì)頂板巖體的強(qiáng)度造成較大影響，故應(yīng)在巷道開掘過程中對(duì)圍巖及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，并對(duì)錨桿(索)施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力，進(jìn)一步減少開巷初期的圍巖變形量。
　　(4)在巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方法上，本文認(rèn)為巷道支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法更適用于層狀巖體巷道這種擁有復(fù)雜圍巖地質(zhì)情況的巷道