特厚煤层巷道顶板冒顶机理与控制技术研究

摘要

巷道冒顶控制问题一直以来是巷道支护领域的研究热点和难点，冒顶事故具有较高的隐蔽性、突发性和高度危险性，给人们带来了巨大的精神压力、心理恐惧和财产损失。巷道顶板的塑性破坏是产生冒顶的重要原因，揭示回采巷道冒顶机理必须掌握巷道围岩的塑性区分布规律，由于回采巷道围岩所处的应力场环境特征一般是非均匀的，这种环境下的围岩塑性破坏形态势必出现不同于均匀应力场的形态特征。因此，研究非均匀应力场条件下巷道冒顶机理，寻求解决巷道冒顶问题的实用理论和方法是煤矿开采中亟待解决的关键问题之一。采用理论分析的方法推导出不均匀应力场下围岩的塑性区分布的理论公式，并分析不均匀应力场下巷道围岩的塑性区的影响因素，得出巷道的埋藏深度、巷道的开挖半径、巷道的侧压系数以及围岩的内聚力和内摩察角等因素对巷道围岩塑性区的深度有影响，并且揭示了回采巷道冒顶机理，顶板含有软弱岩层且塑性区穿透下位坚硬岩层在该软弱岩层重新形成，伴有巨大的膨胀压力和强烈变形，这种围岩的变形破坏在现有技术条件几乎是给定的，使下位坚硬岩层受到持续、巨大的“挤压”载荷，致使其发生断裂破坏，当这种软弱岩层区域的塑性区形成产生的变形达到一定的程度后，其下位坚硬岩层则彻底失稳垮落，如果此时支护不再能承担顶板破坏岩石的重量，巷道便发生冒顶。因此，在大变形回采巷道受到不均匀应力的影响下围岩的塑性破坏及其产生的变形在现有支护条件下几乎是给定的，应釆用能够适应围岩大变形、可持续提供较高工作阻力、具有足够锚固范围的支护材料，遏制塑性区围岩的恶性扩展，保证塑性区围岩的稳定，进而消除冒顶隐患，形成了以接长锚杆为主的支护手段。
　　本文以陈家沟煤矿8512工作面为工程实例，采用flac3D数值模拟软件，模拟了回采巷道在掘进期间、距离回采工作面10m，距离回采工作面0m等情况下，塑性破坏区分布、垂直和水平应力分布、竖直方向的位移分布、最大和最小主应力分布，巷道和工作面周边围岩体塑性区的破坏分布等云图，以了解大变形回采巷道围岩节理裂隙的发育和扩展情况，并以8512工作面为工程实例，布置观测站监测巷道在普通支护情况下和采用加长锚杆支护情况下巷道围岩的顶底板移近量和两帮移近量，确定采用加长锚杆情况下巷道的支护效果，为这类大变形回采巷道的冒顶机理和控制提出宝贵的意见。

目录

声明

第一章绪论

1 .1问题的提出

1 . 2 国内外研究现状

1 .3论文研究内容与研究方法

第二章 矿井概况

2.1井田概况

2.2八采区概况

2.3八采区首采工作面概况

第三章巷道围岩塑性区形成的力学机制与形态特征

3 .1巷道围岩塑性区形成的力学机制

3 .2巷道围岩塑性区深度的影响因素分析

3.3本章小节

第四章数值模拟

4 .1原岩应力场分布规律

4 .2采动叠加应力场分布特征

4.3模拟软件介绍

4.4本章小结

第五章层状顶板巷道冒顶机理与控制方法

5 .1层状顶板巷道冒顶机理

5 .2层状顶板巷道冒顶影响因素分析

5 .3层状顶板巷道冒顶控制方法

5.4 本章小结

第六章回采巷道顶板支护技术及现场工程实践

6.1.巷道顶板控制原理

6.2.接长锚杆

6.3.现场工程实践

6.4试验结果分析

第七章结论与展望

7 .1论文主要结论

7 .2展望与不足

参考文献

致谢

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