高地应力条件下煤矿井巷支护方法研究

论文摘要

本文通过工程经验类比、理论分析计算、数值模拟及现场试验监测,较深入地研究了有高地应力情况的洞室围岩稳定性分析,提出适应于高地应力的卸压方案,对锚杆联合支护方式进行了支护优化设计,对洞室断面形状进行数值模拟,与检测数据对比分析得出,卸压支护配合曲墙平顶断面巷道是适于高地应力情况下的煤矿巷道支护形式。针对亭南煤矿巷道存在高地应力问题,通过理论分析计算,提出整体的卸压方案,支护设计及巷道断面形状,分别采用数值模拟软件ANSYS和3D FLAC软件对新的支护方案和原有支护方案进行数值模拟。本着实事求是的科学研究态度,对模拟结果进行分析比对。两套数值模型分析结果均表示,本文所提出的大直径钻孔卸压方案配合曲墙直顶断面及联合差异锚杆支护,能很好的解决该矿多年来巷道支护效果不理想、支护成本居高不下的问题。此外,本文调查收集了亭南煤矿复杂地质段巷道从前期支护设计、支护施工、巷道位移数据观测分析、成巷直至整体经济效益分析的全过程。对高地应力情况下的巷道支护方法的适用性和优越性进行了论证。用一整套完备的监测数据和理论分析论证了曲墙直顶差异锚杆联合支护是一种积极主动的支护方式。从而与煤矿支护中传统的木支架、钢支架等被动支护形式相比,本文提出的支护方式更能发挥围岩自承能力,是一种经济上合理,技术上可行的理想支护方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外卸压原理应用现状
• 1.3 国内外锚杆支护技术应用与研究
• 1.4 对高地应力巷道建立数值模型的现状分析
• 1.5 亭南煤矿试验段巷道概述
• 1.6 本文研究的主要内容及研究方法
• 2 高地应力煤巷卸压支护原理分析
• 2.1 卸压方案机理研究
• 2.1.1 大直径钻孔卸压
• 2.1.2 爆破卸压
• 2.1.3 高压注水卸压
• 2.1.4 卸压支护参数
• 2.2 锚杆支护历史与现状
• 2.2.1 国外煤巷支护的现状
• 2.2.2 国内煤巷支护的现状
• 2.2.3 锚杆支护机理研究
• 2.2.4 支护结构选择
• 2.2.5 锚杆选型
• 2.3 曲墙平顶断面形状的选用
• 2.4 具体实施方案
• 2.5 效果对比
• 2.6 差异锚杆形式的选用
• 2.6.1 机理分析
• 2.6.2 工程实践
• 2.7 本章小结
• 3 曲墙平顶断面有限元模拟分析
• 3.1 数值模拟方法基本原理
• 3.1.1 数值模拟方法的特点
• 3.1.2 数值模拟计算模型的建立
• 3.2 断面形状分析模型的建立
• 3.3 模拟结果及应力分析
• 3.3.1 模型位移量计算结果
• 3.3.2 位移量分析
• 3.3.3 模型应力计算结果
• 3.3.4 应力分布特征
• 3.4 3D FLAC动态开挖模拟
• 3.4.1 模型位移量计算结果
• 3.4.2 模型结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 支护优化试验
• 4.1 试验前支护状况
• 4.2 支护改革的必要性
• 4.3 数据观测及分析
• 4.4 数据对比
• 4.5 经济性分析
• 4.5.1 经济效益
• 4.5.2 社会效益
• 4.6 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 主要参考文献
• 致谢
• 附录A 在校期间在省级以上刊物或学术会议上公开发表的论文