综采矿压显现规律与巷道支护效果数值模拟研究

论文摘要

煤炭在我国的一次性能源结构中一直处于主要地位，在国民经济中占有举足轻重的作用。由于我国的煤炭开采多采用地下开采，地质条件复杂，大多数巷道在服务期间还要经受采动的剧烈影响，煤岩巷道维护存在着较大难度。随着锚杆支护技术在煤矿巷道支护的广泛应用，确定合理的锚杆支护参数成了迫切需要人们解决的一个难题。本文以神华集团平沟煤矿地下开采为背景，在大量调研的基础上，根据平沟煤矿地质条件、工作面的布置方式和现有的煤炭回采技术等，使用当前世界上应用最为广泛的FLAC3D数值模拟软件模拟计算0908综采工作面的围岩变形特征和矿山压力显现规律以及确定巷道锚杆支护的合理参数。通过对模拟结果的分析，最后得出如下结论：（1）在煤层中开掘巷道，引起围岩应力重新分布，同时也为巷道围岩移动和变形提供了自由空间。由于掘进巷道断面尺寸相对较小，其对煤岩体的影响范围也不大，矿压显现不明显，并且随着巷道掘出时间的延长，围岩应力分布很快趋向平衡。（2）神华集团平沟煤矿0908综采工作面的初次来压距开切眼18~21m。周期来压距开切眼30~33m，周期来压步距9~12m，并且随着工作面的继续推进，每回采9~12m就来压一次，周期来压步距明显缩短，来压时矿压显现明显。通过对工作面前方煤壁中应力大小及塑性破坏的分析，得出超前支承压力的影响范围和影响强度。（3）采用锚杆支护巷道比未支护时应力和变形特征明显改善，说明在此地质条件下锚杆支护巷道是可行的，能够满足生产要求。（4）通过对不同锚杆参数条件下的巷道支护的数值模拟计算，得出在一定条件的巷道围岩中，锚杆直径越大、长度越长、间排距越小，巷道的支护效果越好。同时得到平沟煤矿9#煤层合理的锚杆支护参数，在确保巷道安全的同时，使每根锚杆在支护过程中最大限度地发挥作用。模拟结果表明，煤层巷道锚杆支护是可行的，有利于改善巷道维护状态和安全生产状况。研究成果为煤层巷道锚杆支护提供了理论依据，并为类似条件下的巷道支护提供了有益借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 国内外相关研究现状
• 1.3.1 采场矿山压力理论国内外研究现状
• 1.3.2 国内外锚杆支护现状
• 1.4 选题研究内容和技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 2 数值模型的建立
• 2.1 FLAC3D 进行数值仿真的基本理论及基本过程
• 2.1.1 基本理论
• 2.1.2 软件特性
• 2.1.3 应用领域
• 2.1.4 采矿工程问题的数值模拟过程
• 2.2 模型边界的合理确定
• 2.2.1 模型上边界的确定
• 2.2.2 模型下边界的确定
• 2.3 模型边界条件和初始应力场的合理确定
• 2.3.1 模型边界条件的类型及其其选择
• 2.3.2 初始地应力场的确定
• 2.4 岩体力学特性及其参数确定
• 2.5 模型的建立
• 2.6 小结
• 3 综采工作面矿压数值模拟
• 3.1 计算过程
• 3.2 计算结果及分析
• 3.3 小结
• 4 回采巷道支护数值分析
• 4.1 数值分析内容及方法
• 4.2 锚杆支护的基本理论
• 4.3 锚杆支护机理分析
• 4.3.1 顶板锚杆支护作用机理分析
• 4.3.2 两帮锚杆支护作用机理分析
• 4.4 巷道支护模拟研究
• 4.4.1 巷道支护情况
• 4.4.2 巷道支护结果及分析
• 4.5 巷道锚网支护参数影响规律分析
• 4.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢