大跨度切眼巷道锚杆（索）支护技术研究

论文摘要

自锚杆支护技术在我国煤矿应用以来,煤矿的技术人员在支护理论与实践方面做了大量工作,积累了大量资料,取得了丰富经验。近年来,随着煤巷锚杆支护技术日趋成熟,锚杆支护得到普遍推广应用,但是还不能很好解决大跨度、大断面等巷道支护加固问题。能否解决好大跨度、大断面巷道的支护问题,是矿井开采规模的加大和安全生产技术的关键。本文运用理论分析和现场应用相结合的手段,对大跨度、大断面巷道锚杆(索)支护技术进行了系统地研究。对锚杆(索)支护巷道失稳机理、支护理论作了较为全面的分析。本文通过等效椭圆的方式研究了大跨度、大断面矩形巷道围岩的应力场分布,应用弹塑性极限平衡理论研究了大跨度、大断面矩形巷道围岩松动范围,为煤矿大跨度切眼巷道支护设计提供了一种新的设计方法。在总结传统设计方法的基础上,提出了基于巷道围岩松动范围的锚杆(索)动态信息设计方法。最后以黄陵二号煤矿107切眼大断面锚杆(索)支护项目为工程背景,进行了大跨度、大断面锚杆(索)支护技术实践研究。通过传统设计方法和本文研究的设计方法进行支护参数方案对比,最终确定了锚杆(索)支护参数,并应用大型有限差分软件FLAC2D对锚杆(索)支护进行了稳定性分析;通过现场应用,并对支护效果进行同步多项监测,利用数据处理软件分析了监测数据,评价支护效果,反馈信息优化设计,实现了初步设计与工程相结合的动态设计。文中所提出的计算理论比较适合矩形大断面巷道的支护设计,具有一定的经济性和实用性,较好地解决了黄陵二号煤矿107切眼大断面锚杆(索)支护的技术难题,可供相似巷道的支护设计参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的意义
• 1.2 国内外锚杆锚索支护技术发展概况
• 1.2.1 国内外锚杆支护技术发展概况
• 1.2.2 国内外锚索支护技术概况
• 1.3 锚杆支护机理的研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 锚杆（索）支护理论研究
• 2.1 巷道失稳力学机理
• 2.1.1 松动压力作用
• 2.1.2 形变压力作用
• 2.1.3 膨胀压力作用
• 2.2 锚杆（索）支护理论
• 2.2.1 悬吊理论
• 2.2.2 组合梁理论
• 2.2.3 组合拱（压缩拱）理论
• 2.2.4 构造应力作用理论
• 2.3 锚杆（索）支护机理
• 2.3.1 顶板锚杆作用机理
• 2.3.2 帮锚杆作用机理
• 2.3.3 锚索作用机理
• 3 锚杆（索）支护参数设计研究
• 3.1 概述
• 3.1.1 工程类比法
• 3.1.2 理论设计方法
• 3.1.3 数值计算法
• 3.1.4 监测法
• 3.2 大跨度切眼巷道锚杆（索）支护参数设计研究
• 3.3 大跨度矩形巷道顶板松动范围的研究
• 3.3.1 矩形巷道顶板松动范围确定的传统方法
• 3.3.2 基于等效椭圆巷道顶板松动范围的研究
• 3.4 大跨度矩形巷道两帮破坏范围的研究
• 4 黄陵二号煤矿大断面107 切眼巷道锚杆（索）支护参数设计研究
• 4.1 工程概况
• 4.1.1 矿区交通位置
• 4.1.2 工程水文地质情况
• 4.1.3 巷道围岩物理力学特性
• 4.2 顶锚杆支护参数设计
• 4.2.1 基于压力拱设计法
• 4.2.2 基于等效圆设计法
• 4.2.3 基于等效椭圆的设计法
• 4.2.4 顶锚杆参数的确定
• 4.3 帮锚杆支护参数设计
• 4.4 锚索支护参数设计
• 4.5 巷道支护数值模拟稳定性分析
• 4.5.1 数值方法与计算程序介绍
• 4.5.2 FLAC 数值模拟
• 4.5.3 数值模拟结果
• 5 大跨度107 切眼巷道锚杆（索）支护效果监测与分析
• 5.1 监测项目的选择
• 5.1.1 必测项目
• 5.1.2 选测项目
• 5.1.3 黄陵煤矿监测项目的选择
• 5.2 监测原则
• 5.3 监测方案
• 5.3.1 巷道顶板离层的监测
• 5.3.2 表面收敛量监测
• 5.3.3 锚杆锚固力检测
• 5.3.4 锚杆受力状态监测
• 5.4 监控量测数据的处理与分析
• 5.4.1 围岩收敛变形数据处理与分析
• 5.4.2 围岩离层观测数据分析
• 5.4.3 锚杆拉拔力量测数据分析
• 5.5 监测结果
• 5.6 信息反馈优化设计
• 5.6.1 理论反馈法
• 5.6.2 经验反馈法
• 5.6.3 异常数据信息反馈及处理
• 5.7 监测结果分析
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录