芦岭煤矿深部大断面巷道U型棚支护机理与数值模拟研究

论文摘要

针对芦岭煤矿三水平轨道上山属于深部大断面巷道U型棚支护的特点,本文在工程实践、现场调研的基础上,运用理论分析和计算机数值模拟相结合的综合研究方法,对深部大断面巷道U型棚支护机理、U型棚支护与围岩稳定性的关系、U型钢支架内力计算方法以及U型棚的缩动进行了深入系统的研究。首先分析了U型棚的支护机理,研究U型棚的工作原理,总结U型棚载荷分布的特点和的破坏原因,得出U型棚的失稳原因是连接件强度低或连接件结构不合理和支架—围岩相互作用关系差；接着分析了深部大断面巷道U型棚支护与围岩稳定性的关系,支架—围岩是一个共同承载体系；然后又运用材料力学、弹性力学的知识,计算了U型棚的内力、分析了支架的缩动、偏心载荷对支架承载能力的影响以及支架顶部空隙大小对支架承载能力的影响；最后运用Ansys有限元数值模拟软件模拟芦岭矿三水平深部大断面巷道使用的U29型钢拱形支架,同时为了起到对比的作用,针对U29型钢环形支架也进行了模拟,对模拟的结果进行了详细的分析,理论分析与数值模拟结果一致；最后结合现场地质条件,对芦岭矿三水平深部大断面巷道的破坏特征进行总结,分析其U型棚破坏原因,对理论分析和数值模拟结果的合理性进行验证。该研究成果对于解决深部大断面巷道U型棚支护问题提供了理论参考,对类似条件下U型棚支护有一定的现实意义和参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.4 存在的问题
• 1.5 研究的内容及方法
• 1.5.1 研究的内容
• 1.5.2 研究的方法
• 2 深部大断面巷道U型棚支护机理分析
• 2.1 U型棚支护工作原理
• 2.2 U型棚载荷分布特点
• 2.3 U型棚的破坏特征
• 2.4 U型棚失稳原因分析
• 2.4.1 连接件强度低或连接件结构不合理
• 2.4.2 支架—围岩相互作用关系差
• 2.5 U型棚支护阻力分析
• 2.6 围岩压力分析
• 2.7 U型棚支护与围岩共同作用原理
• 2.7.1 支架缩动量大小与围岩作用力的关系
• 2.7.2 围岩变形与支架对围岩约束力的关系
• 2.7.3 支架的变形与载荷的关系
• 2.8 本章小结
• 3 深部大断面巷道U型棚支护的力学分析
• 3.1 支架力学模型的建立及内力计算
• 3.2 支架缩动分析
• 3.2.1 搭接部分的受力特点
• 3.2.2 搭接部分的传力计算
• 3.3 偏心载荷对支架承载能力的影响分析
• 3.4 支架顶部空隙大小对支架载荷性能的影响分析
• 3.5 本章小结
• 4 深部大断面巷道U型棚数值模拟
• 4.1 软件的简介
• 4.2 U型钢支架直墙半圆拱型支架数值模拟
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 U29型钢支架力学参数的选择
• 4.2.3 模拟结果分析
• 4.3 U29型钢环形支架的数值模拟
• 4.3.1 模型的建立
• 4.3.2 划分单元
• 4.3.3 模拟结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 工程实践
• 5.1 Ⅲ一采区轨道上山的基本情况
• 5.1.1 三水平延深巷道概况
• 5.1.2 轨道上山巷道概况
• 5.2 巷道的破坏现状、特征
• 5.2.1 破坏现状
• 5.2.2 破坏原因分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果