煤岩力学性质试验及综放面顺槽锚杆支护参数优化与应用研究

摘要

综采放顶煤技术在中国取得了较好的技术经济效益,并具有广阔的发展前景.长期以来,综放工作面回采巷道的支护大都采用棚子支护,严重影响了综放工作面的推进速度,阻碍了综放设备能力的发挥,高强度锚杆支护系统作为一种先进的支护形式,与棚子支护形式相比,具有许多不可比拟的优越性,但对综放工作面锚固机理及支护设计方法的认识相对滞后,影响了锚杆支护发展的进程.因为沉积岩的组分、结构复杂,沉积环境差异较大,因此,同一种沉积岩的力学参数相差较大,综放工作面顺槽锚杆支护参数设计必须以具体位置、具体条件下的力学参数为依据,该文针对鲁西矿业有限公司3下101工作面具体条件,采用世界先进水平的MTS815.03电液伺服试验系统对3下煤及其顶底板细砂岩进行了单轴及三轴压缩试验,得出了准确的岩石力学参数.针对鲁西矿业有限公司3下101工作面具体顶底板条件,采用FLAC数值计算软件对工作面顺槽不同锚杆长度及间排距作用下的围岩应力及变形进行了计算分析,结果表明,原岩应力影响下的煤巷,煤巷锚杆支护长度取1.9m,锚杆支护间排距取0.8*0.8m为既经济又合理的指标;超前支承压力影响下的煤巷,锚杆长度取2.1m,间排距采用0.75×0.75m较合理.现场应用的锚杆支护参数一般选用困难条件下的一种方式,即超前支承压力状态下锚杆支护间排距和锚杆长度:锚杆长度2.2m扣除0.1m的外露部分后为有效长度,锚杆支护间排距0.75×0.80m.锚杆支护参数的优化结果应用于3下101工作面顺槽的实践结果表明,巷道围岩变形较小,整体稳定性较好.说明支护参数是合理的,同时证明了论文研究成果的正确性.

目录

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声明

第一章绪论

1.1课题研究的意义

1.2课题的研究现状及存在问题

1.3课题研究方法

1.3.1室内岩石力学性质试验

1.3.2数值计算研究

1.3.3理论研究

1.3.4工程实践及观测结果分析

1.4论文研究的主要内容及结构

第二章煤岩力学性质试验

2.1岩石力学试验及意义

2.2试样制备及试验条件

2.2.1试样制备

2.2.2试验条件

2.3煤岩单轴压缩试验结果及分析

2.3.1煤岩单轴压缩试验结果

2.3.2煤岩单轴压缩试验结果分析

2.4煤岩三轴压缩试验结果及分析

2.4.1煤岩三轴压缩试验结果

2.4.2根据煤岩三轴压缩试验结果确定C、φ值

2.4.3煤岩三轴压缩条件下的变形与强度特征

第三章综放工作面顺槽围岩锚固机理分析

3.1综放面顺槽围岩变形特性

3.2综放面顺槽围岩锚固机理分析

3.2.1锚杆的轴向作用机理

3.2.2锚杆的横向作用机理

3.2.3加锚后综放面顺槽围岩变形特征

第四章综放工作面顺槽锚杆支护参数优化

4.1概述

4.2岩体大变形塑性应变软化模型

4.3原岩应力条件下综放面顺槽锚杆支护参数优化

4.3.1模型建立

4.3.2模型网格划分及边界条件

4.3.3锚杆支护长度优化研究

4.3.4锚杆支护间排距优化研究

4.4工作面超前支承压力影响下综放面顺槽锚杆支护参数优化

4.4.1模型建立

4.4.2模型网格划分及边界条件

4.4.3锚杆支护长度优化研究

4.4.4锚杆支护间排距化研究

4.5小结

第五章综放面顺槽锚杆支护现场应用研究

5.1工作面地质概况

5.1.1工作面生产技术条件

5.1.2工作面地质情况

5.2工作面顺槽锚杆支护措施

5.3工作面顺槽矿压监测方案

5.3.1矿压观测方案

5.3.2矿压观测方法

5.4工作面顺槽矿压观测结果

5.4.1 3下101中顺槽表面位移观测结果

5.4.2 3下101中顺槽锚杆托锚力观测结果

5.5综放面顺槽锚杆支护应用效果评价

第六章主要结论

参考文献

致谢