朱集西矿千米深井沿空掘巷围岩控制技术研究

摘要

本文以朱集西矿11502工作面运输顺槽为研究对象，通过深入的现场调查，结合工程地质资料和实验室实验分析得出深井沿空掘巷失稳破坏特征，围绕合理煤柱宽度确定难题开展了理论分析和数值模拟工作，进而得到煤柱留设宽度。基于一次高强稳定型支护原理，提出了11502工作面运输顺槽围岩控制技术和支护体稳定性控制技术，最终通过现场工业性试验验证相关研究成果。本文主要研究结论有： （1）朱集西矿11502工作面运输顺槽属于典型的高应力软岩巷道，表现出两帮内移量大、底鼓严重的变形特点；经常出现锚杆索锚固失效，钢带、金属网等严重损坏现象；钻孔窥视发现巷道围岩破坏松动范围大于锚固区域。分析认为高地应力环境、沿空掘巷覆岩运动、巷道支护方式及参数选择不合理等是沿空巷道围岩失稳破坏的主要原因。 （2）基于深井巷道围岩体在高应力作用下强度软化特点，通过煤柱力学模型的构建，分析并推导出煤柱两侧破碎和塑性区宽度求解函数，进一步得到合理煤柱宽度计算公式。基于11502工作面运输顺槽工程地质条件，计算得出煤柱最小宽度为4.6m。通过建立FLAC3D数值模型，研究了不同采深条件下采空区侧向支承压力变化特征，分析了护巷煤柱宽4m、6m、8m、10m、12m时煤柱、实体煤侧应力及位移分布特点，最终确定符合实际工程条件的煤柱宽度为8m。 （3）考虑11502工作面运输顺槽地质采矿条件及围岩变形特点，提出了一次高强稳定型支护技术，即采用高强锚杆索及时高工作阻力支护巷道围岩体；从锚杆索协同支护原理出发，通过理论推导和数值模拟得出了锚杆索预紧力最佳匹配数值；针对锚杆索预紧力损失难题，提出锚杆二次预紧及锚索超张拉技术。 （4）提出了增强锚杆锚固可靠性和锚索锚具防滑移自锁技术，通过在锚杆锚固端安设一伞状簧片装置，来有效保证锚杆在破碎围岩中可靠锚固；结合对锚索锚具工作状态的受力分析，提出在锚索尾端安装锚具防滑移自锁装置，以有效降低锚具滑移及钢绞线破断弹射现象发生可能性。 （5）现场工业性试验表明，在留设8m煤柱宽度时，采用一次高强稳定型锚网支护方案，有效保证了沿空巷道支护效果，实现了11502工作面运输顺槽在整个服务期内不扩修的目标，使朱集西矿巷道支护水平迈上新台阶，真正实现了创益增收、安全高效的目标。

目录

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致谢

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2.1 千米深井巷道围岩变形特征及控制技术

1.2.2 千米深井沿空掘巷围岩控制技术

1.2.3 锚杆索协同作用及支护参数优化

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法及思路

2 11502工作面运输顺槽工程概况

2.1.1 煤矿概况

2.1.2 11502工作面运输顺槽地质条件

2.1.3 11502工作面运输顺槽外段支护方案

2.2煤岩物理力学参数测试

2.2.1 现场取样及试样制备

2.2.2 实验室实验

2.3沿空掘巷围岩裂隙发育范围测试

2.3.1 测点选取和钻孔窥视

2.3.2 钻孔窥视（后退式）结果分析

2.4 11502工作面运输顺槽破坏特征及原因分析

2.5本章小结

3 深井沿空掘巷围岩稳定性分析

3.1 沿空掘巷巷帮岩体受力变形分析

3.1.1 沿空掘巷覆岩结构模型

3.2深井沿空掘巷煤柱帮力学模型

3.2.1 煤柱力学模型建立

3.2.2 煤柱力学模型基本条件假定

3.2.3 煤柱内应力及位移求解

3.3.1 确定原则

3.3.2 合理煤柱宽度确定方法

3.3.3 沿空掘巷留设煤柱宽度理论计算

3.4 深井沿空掘巷围岩稳定性数值模拟研究

3.4.1 数值模型建立

3.4.2 煤柱侧向支承压力研究

3.4.3 深井沿空巷道掘进期间应力及位移分布规律

3.4.4 深井沿空巷道回采期间应力及位移分布规律

3.4.5 沿空掘巷合理煤柱宽度确定

3.5本章小节

4 深井沿空掘巷支护技术研究

4.1 深井沿空巷道围岩稳定性控制原理

4.1.1 深部巷道围岩变形破坏特征

4.1.2 深部沿空巷道围岩支护技术

4.2 深井沿空巷道锚杆-锚索预应力协调作用分析

4.2.1 锚杆-锚索协同支护原理

4.2.2 锚杆-锚索预紧力匹配分析

4.2.3 锚杆-锚索预应力匹配数值模拟研究

4.2.4 锚杆索预应力保障技术

4.3沿空掘巷锚网支护系统稳定性保障技术

4.3.1 锚杆锚固可靠性提升装置

4.3.2 锚索锚具滑移原理及防滑移自锁技术

4.4本章小结

5 现场工业试验

5.1沿空巷道支护技术核心

5.2 11502工作面运输顺槽支护方案

5.3 11502工作面运输顺槽矿压监测

5.3.1围岩变形规律监测

5.3.2支护承载结构受力监测

5.4围岩支护效果分析

5.4.1 巷道表面位移

5.4.2 围岩深部位移

5.4.3 测力锚杆受力分析

5.4.3 锚索承载作用分析

5.5 11502工作面运输顺槽锚网支护技术优化分析

5.5.1 巷道围岩变形及支护载荷变化分析

5.5.2试验段巷道锚网支护方案及施工工艺调整

5.6本章小结

6 结论

参考文献

作者简历

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