深井采场沿空掘巷关键技术研究

论文摘要

基于沿空掘巷这一高产高效技术应用的日益广泛,以及深井采场表现出的新的矿山压力显现规律和动力灾害现象,提出了深井采场沿空掘巷关键技术研究课题。首先,计算了新汶矿区的深井临界深度,分析了沿空采场覆岩“S”型空间结构发展演化、支承压力分布规律及该结构的特点,研究了深井沿空掘巷覆岩“板—壳”大结构和“铰接岩板半拱”小结构的形成及其与内外应力场的关系,并运用FLAC3D数值计算方法对深井沿空采场、巷道覆岩空间结构运动与矿山压力分布演化规律进行了研究。其次,判别了深井采场内外应力场并存的必然性,提出了深井采场侧向应力场“两场四区”理论,得出了深井采场侧向应力分布规律,建立了弹塑性软化模型,研究了沿空煤体各区变形的力学机理及相关参数,定义了理想破碎区的概念,推导了矩形巷道在工作面回采后产生理想破碎区范围的计算公式,提出了完全塑性区段煤柱参数设计方法,给出了理论计算公式,得出良庄煤矿51103轨道顺槽合理的小煤柱宽度为5m。再次,研究了沿空掘巷围岩稳定性影响因素和关键影响因素,分析了深井采场沿空巷道围岩变形破坏的特征,研究了深井采场沿空掘巷覆岩大、小空间结构稳定性,探究了深井采场沿空巷道围岩失稳机理,得出了深井采场沿空掘巷围岩控制的理论基础,提出了深井采场沿空掘巷围岩控制的对策及方法,指出了原位覆岩大结构的失稳是深井采场沿空掘巷冲击地压的直接诱发因素,给出了深井采场沿空掘巷冲击地压防治途径。最后,针对良庄煤矿51103轨道顺槽的工程地质状况,提出了采用金属全螺纹钢等强锚杆+锚索槽钢梁+顶帮钢带锚接的整体支护方案,设计了巷道断面形状和尺寸、顶板和两帮锚杆支护方式、项板锚索加固方式。对应用效果的现场观测表明,采取的支护方案和加固措施合理,有效改善了巷道围岩状况,抑制了围岩松动变形破坏,提高了巷道的稳定性和断面利用率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出及研究的工程背景
• 1.2 国内外研究现状概述及发展动态评价
• 1.3 深井岩体力学性质概述
• 1.4 本文研究的主要内容、方法、技术路线和创新点
• 2 深井沿空采场、巷道覆岩空间结构时空关联研究
• 2.1 深井临界深度的确定
• 2.2 沿空采场覆岩“S”型空间结构的形成与发展演化
• 2.3 深井采场沿空掘巷覆岩大、小空间结构时空关联研究
• 2.4 深井沿空采场、巷道覆岩空间结构运动与矿山压力分布演化规律研究
• 2.5 本章小结
• 3 深井采场沿空掘巷合理区段煤柱参数研究
• 3.1 深井采场侧向支承压力分布规律研究
• 3.2 深井采场留小煤柱沿空掘巷的可行性与必要性分析
• 3.3 深井采场沿空煤体变形的力学机理分析
• 3.4 深井采场区段煤柱合理参数确定方法研究
• 3.5 本章小结
• 4 深井采场沿空掘巷围岩失稳机理与稳定性控制
• 4.1 沿空掘巷围岩稳定性影响因素分析
• 4.2 深井采场沿空掘巷围岩稳定性关键影响因素正交试验研究
• 4.3 深井采场沿空掘巷围岩变形规律与失稳机理探析
• 4.4 深井采场沿空掘巷围岩稳定性控制研究
• 4.5 本章小结
• 5 工程应用
• 5.1 工程状况概述
• 5.2 51103轨道顺槽支护设计
• 5.3 应用效果现场观测及分析
• 5.4 本章小结
• 6 主要结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文和参加的科研项目