復(fù)合錨固機(jī)理與無人工作面頂板控制.pdf

1、在中國煤層賦存條件差的區(qū)域,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,煤層厚度變化大,煤層賦存形態(tài)多變,給開采帶來很多困難,嚴(yán)重影響煤炭資源的回收;探討效益高、安全可靠的先進(jìn)采煤方法,成為主要矛盾;其中,如何有效控制頂板便成為關(guān)鍵.為此,該課題就基于復(fù)合錨固對大面積項(xiàng)板進(jìn)行有效控制的機(jī)理進(jìn)行研究,為實(shí)現(xiàn)高效無人工作面開采提供基礎(chǔ).錨固機(jī)理的探討,伴隨著錨桿支護(hù)技術(shù)的推廣應(yīng)用一直是學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)注的問題.主要有懸吊理論、組合梁理論、組合拱理論、最大水平應(yīng)力理論以及

2、圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論等;這些傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)理論對巖土錨固機(jī)理還沒有完全搞清楚.基于上述情況,該文在前人研究的基礎(chǔ)上,運(yùn)用復(fù)合力學(xué)觀點(diǎn)研究錨固機(jī)理,將該結(jié)果用在無人工作面頂板控制.該文的主要工作如下:1、采用復(fù)合力學(xué)原理,研究錨桿與不同圍巖介質(zhì)的復(fù)合機(jī)制:通過對含錨桿頂板裂紋的應(yīng)力應(yīng)變分析,建立了錨桿阻止離層擴(kuò)展的力學(xué)模型.2、采用RFPA數(shù)值模擬軟件,模擬研究兩種不同采空跨度條件下的頂板破壞特征:單一采空跨度為15m時(shí),偽頂與直接頂之間未產(chǎn)

3、生離層,呈同步運(yùn)動(dòng)形態(tài);而單一采空跨度達(dá)20m時(shí),偽頂、直接頂將近乎同步產(chǎn)生離層,且偽頂先發(fā)生冒落,呈單獨(dú)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),這說明,在一定錨桿支護(hù)方式下,錨桿支護(hù)雖然增加了偽頂與直接頂之間整體性,減少了離層的發(fā)生.3、采用實(shí)驗(yàn)研究錨桿對巖石材料韌性、抗疲勞強(qiáng)度等的提高,分析了錨桿對項(xiàng)板的增韌、增強(qiáng)機(jī)制:頂板的凝聚力增加、頂板內(nèi)摩擦角增加、頂板等效抗壓(或抗拉)強(qiáng)度提高、頂板等效變形模量的增加、頂板抗疲勞性增強(qiáng).4、現(xiàn)場研究基于復(fù)合錨固機(jī)理的控制

4、效果:大范圍空場內(nèi),通過"網(wǎng)塊"錨桿方式,實(shí)現(xiàn)了對頂板冒落的有效控制;現(xiàn)場監(jiān)測表明,工作面頂板冒落呈"緊跟冒落型"、"滯后冒落型"和由斷層切割造成的"下分層小范圍冒落型"等冒落形式,各種冒落的孕育、發(fā)育過程均伴有明顯的礦壓呈現(xiàn)特征信息,因而,冒落是可以監(jiān)測預(yù)報(bào)的;同時(shí)"緊跟冒落型"與"滯后冒落型"在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化,均勻、快速推進(jìn)有利于頂板冒落向"滯后冒落型"轉(zhuǎn)化,有利于工作面開采的安全.總之,該文基于"錨桿-巖體"復(fù)合作用機(jī)理對