五阳矿高应力煤巷围岩钻孔卸压技术研究

摘要

煤炭资源的日益开采，煤炭开采难度增大，特别是高应力煤巷，巷道围岩难以控制，支护难度大，支护方式与支护参数设计不合理，造成支护强度不足或过剩，对巷道掘进及矿井生产造成很大影响。本论文以五阳煤矿7609运输巷为工程背景，综合运用现场调研及资料分析、理论分析、数值模拟分析和现场实测等相结合的研究方法对高应力煤层巷道围岩钻孔卸压技术进行系统研究，主要取得以下成果： （1）分析了五阳煤矿7609运输巷矿井概况。7609运输巷属于高应力煤层巷道，易受动压影响，通过7609运输巷支护方案分析，总结支护参数选择不合理以及动压巷道支护中存在的问题。 （2）确定了地应力的分布规律。运用套筒致裂地应力测试方法，进行了3#煤层地应力测试与分析，根据地应力和岩性试验测试结果，给出了3#煤层运输巷设计建议。 （3）研究高应力煤巷围岩应力分布及变形规律，采用FLAC3D数值模拟的方法，分析不同动压系数对高应力煤巷围岩应力分布规律、塑性区分布规律及变形规律的影响。 （4）分析了高应力卸压钻孔原理，得出了平面应变问题下巷道围岩弹塑性应力与位移分布规律，并给出了卸压钻孔参数确定的理论依据。 （5）通过FLAC3D数值模拟分析，分别分析了钻孔卸压长度、直径和间排距对高应力煤层巷道掘进面超前支承压力、帮部巷道围岩应力与变形和巷道锚杆受力影响规律。 （6）将以上研究成果在五阳煤矿7609运输巷进行工业性试验，结果表明：采用高应力煤巷围岩钻孔卸压技术，能够将巷道应力峰值向深部转移，有效的控制了围岩的变形，保证了7609运输巷的安全稳定。

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摘 要

Abstract

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Contents

表清单

List of Tables

变量注释表

List of Variables

1 绪论

1 Introduction

1.1 研究背景及意义（Research Significance and Background）

1.2 国内外研究现状(Research Status at Home and Abroad)

1.2.1 高应力巷道钻孔卸压与巷道支护理论的研究

1.2.2 高应力巷道卸压技术的研究

1.2.3 高应力巷道钻孔卸压方法的研究

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 主要研究目标

1.3.3 论文研究技术路线

2 高应力煤巷地应力测试分析

2 Analysis of Surrounding Rock Deformation Law of

2.1.1 矿井概况

2.1.2 7609运输巷支护概况

2.1.3 7609运输巷围岩结构特征分析

2.1.4 7609运输巷支护存在问题分析

2.2.1 原始地应力测试重要性

2.2.2 原始地应力的基本特征

2.3.1 套筒致裂地应力测试基本原理

2.3.2地应力测试钻孔布置

2.3.3 7609运输巷地应力测试结果

2.4 7609运输巷围岩控制建议（Suggestions on Surrounding Rock

2.5 本章小结(Brief Summary)

3 高应力煤巷围岩应力分布及变形规律研究

3.Study on Stress Distribution and Deformation of

3.1 高应力煤巷围岩应力分布规律理论分析(Theoretical Analysis on Stre

3.1.1 动压巷道围岩应力分布规律

3.1.2 动压巷道围岩稳定性影响因素

3.2 高应力煤巷围岩应力分布及变形数值模拟分析(Study on Stress Distribut

3.2.1模型的建立

3.2.2 巷道围岩应力分布规律

3.2.3 巷道围岩塑性区分布规律

3.2.4 巷道围岩变形规律

3.3 本章小结(Brief Summary)

4 高应力煤巷围岩钻孔卸压原理分析

4.2.1 巷道围岩弹塑性解

4.2.2 巷道塑性扩容变形分析

4.3 本章小结(Brief Summary)

5 高应力煤巷围岩钻孔卸压参数优化设计

5 Optimization Design of Pressure Relief Parameter

5.1 钻孔卸压影响参数确定(Determination of Influence Paramete

5.2.1 数值模型建立

5.2.2 卸压钻孔长度对巷道掘进面超前支承压力的影响

5.2.3卸压钻孔长度对巷帮围岩稳定性的影响

5.3 钻孔直径参数优化分析（Optimization Analysis of Hole Diame

5.3.1卸压钻孔直径对巷道掘进面超前支承压力的影响

5.3.2 卸压钻孔直径对巷帮围岩稳定性的影响

5.3.3.卸压钻孔直径对巷帮围岩变形量的影响

5.4 钻孔间排距参数优化分析（Optimization Analysis of Parameter

5.4.1 卸压钻孔间排距对巷道掘进面超前支承压力的影响

5.4.2 卸压钻孔间排距对巷道围岩稳定性的影响

5.5 钻孔卸压对高应力煤巷锚杆受力影响规律分析（Analysis of Influence of

5.5.1 支护结构数值计算模型建立

5.5.2 卸压钻孔对支护结构受力的作用规律

5.6 本章小结(Brief Summary)

6 7609运输巷钻孔卸压优化设计与工业性试验

6 Optimum Design and Industrial Test of Borehole P

6.1巷道支护方案与参数（Roadway Support Schemes and Parameter

6.1.1 顶板支护

6.1.2巷帮支护

6.2 钻孔卸压方案及参数(Borehole Pressure Relief Scheme and

6.3. 数值模型的建立与分析（Establishment and Analysis of Nume

6.3.1模型的建立

6.3.2 模拟方案与目标

6.3.3巷道围岩应力分布规律

6.3.4巷道围岩塑性区分布规律

6.4 钻孔卸压质量监测与评价(Quality Monitoring and Evaluation

6.4.1 巷道表面位移监测站布置及监测方法

6.4.2 巷道顶板离层测站布置及监测方法

6.4.3 7609运输巷矿压监测结果

6.5 本章小结(Brief Summary)

7 主要结论

7 Main Conclusions

参考文献

References

作者简历

Authors’ Resume

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