煤巷层状软岩顶板破坏规律及支护研究

论文题目: 煤巷层状软岩顶板破坏规律及支护研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 采矿工程

作者: 刘生龙

导师: 邓广哲

关键词: 煤巷,层状顶板,分层厚度,数值试验,支护设计

文献来源: 西安科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 煤巷顶板多数是岩体强度较低的沉积岩,层状岩体结构是沉积岩的主要特征之一。煤巷顶板稳定性是确保安全、高效生产的基本条件,能否解决好这个问题,是影响我国煤炭开采向纵深发展和安全生产的关键问题之一。因此,对煤巷层状软岩顶板变形破坏规律进行进一步分析研究,并对加固顶板的方案进行合理设计,具有非常重要的理论意义及工程应用价值。 煤巷沉积岩直接顶顶板结构可分为 5 种结构类型,论文讨论了各类顶板的地质特征及稳定性特点,并对煤巷软岩顶板破坏存在的 4 种基本类型进行了分析阐述。 以近水平或缓倾斜煤层平顶巷道为研究对象,应用弹性薄板理论对层状顶板表面单层岩石的屈曲破坏进行了分析。分析表明,当纵向荷载趋于临界荷载时,岩层挠度趋于无穷大,此时岩层发生溃屈破坏;跨厚比是影响临界应力的最重要的因素。 建立了层状顶板数值试验模型,对煤巷层状直接顶岩层在不同分层厚度和不同地应力的情况下进行了数值试验,得出了相关破坏规律。试验表明,分层厚度越薄,顶板越不稳定;随着水平地应力增大,顶板破坏加剧;水平应力变化对顶板稳定性影响大于垂直应力变化对顶板稳定性的影响。 在前人研究的基础上,根据锚杆加固层状顶板的作用机理,给出了悬吊作用和兜吊作用设计锚杆参数的方法,并根据层状顶板分层厚度的不同,给出了设计原则。最后将这种设计方法应用于工程实践,证明是一种简单可行的设计方法。

论文目录:

1 绪论

1.1 问题的提出及意义

1.2 层状岩体的研究现状

1.2.1 岩层溃屈破坏现象研究

1.2.2 铰接拱力学性质研究现状

1.2.3 其他方面研究概况

1.3 软岩巷道支护设计研究概况

1.4 本文需要进一步研究的问题

1.5 本文研究的主要内容与方法

2 煤巷顶板岩体结构类型及软化破坏特征

2.1 软岩的定义

2.1.1 地质软岩

2.1.2 工程软岩

2.2 煤巷顶板岩体结构类型

2.3 煤巷软岩顶板变形破坏类型与特征

2.4 本章小结

3 煤巷层状顶板破坏力学分析

3.1 力学模型建立

3.2 顶板下沉位移分析

3.2.1 顶板两端简支

3.2.2 顶板两端固支

3.2.3 纵横向均布荷载对顶板岩层位移的影响

3.3 顶板岩层破坏临界应力

3.4 顶板岩层破坏临界跨厚比

3.5 本章小结

4 煤巷层状顶板围岩稳定性数值试验

4.1 有限差分法及FLAC3D 程序简介

4.1.1 有限差分法简介

4.1.2 FLAC3D 程序简介

4.2 数值模型建立及模拟方案确定

4.2.1 数值模型的建立

4.2.2 数值试验方案的确定

4.3 数值试验结果分析

4.3.1 不同分层厚度顶板的数值试验结果分析

4.3.2 水平地应力对顶板稳定性影响模拟结果分析

4.3.3 两种地应力对顶板稳定性的影响对比模拟结果分析

4.4 本章小结

5 层状软岩顶板锚杆支护作用机理及支护设计

5.1 煤巷层状软岩顶板支护结构选择

5.2 锚杆支护作用机理分析

5.3 煤巷层状结构顶板锚杆支护设计

5.3.1 设计原则

5.3.2 悬吊作用设计

5.3.3 兜吊作用设计

5.3.4 锚固方式选择

5.4 本章小结

6 工程实例

6.1 工程地质概况

6.2 巷道支护方案设计

6.2.1 锚杆支护参数设计

6.2.2 锚杆预紧力设计

6.2.3 施工工艺

6.3 现场支护效果分析

6.4 小结

7 结论

7.1 主要结论

7.2 研究展望

致谢

参考文献

附录

详细摘要

发布时间: 2005-07-12

参考文献

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