深井大断面沿空留巷围岩控制机理研究

论文摘要

深部开采是我国煤炭开采的趋势。开发深井大断面沿空留巷技术,实现Y型通风,对回采工作面瓦斯治理、改善工作面工作环境、提高煤炭回采效率、消除孤岛工作面等都具有十分重要的意义。本文采用理论分析、数值模拟和现场实践等综合研究手段和方法,围绕深井大断面沿空留巷围岩控制机理研究主题,取得了如下创新性成果:基于岩层控制的关键层理论,建立了深井大断面沿空留巷围岩结构力学模型,并系统研究了围岩变形及控制机理。通过力学模型的建立,对巷道围岩变形做出预测;针对深井大断面沿空留巷围岩松动、且要经受二次甚至多次采动影响大变形的特征,设计了锚杆支护方案,分析了其锚杆支护机理,揭示了在大变形围岩支护中,锚杆抗剪切变形的作用原理;利用现代锚杆支护技术可以支护大断面回采巷道的特征,设计出CHCT新型充填材料支护参数及工艺,并通过数值模拟分析了充填体的稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 相关研究综述
• 1.2.1 深井巷道围岩的变形机理及控制研究现状
• 1.2.2 国外沿空留巷技术研究的现状
• 1.2.3 国内沿空留巷技术研究的现状
• 1.3 沿空留巷待解决问题及技术难点
• 1.4 研究的内容和方法
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 1.5 研究技术路线
• 2 深井大断面沿空留巷围岩活动规律研究
• 2.1 沿空留巷上覆岩层破断规律
• 2.1.1 上覆岩层的垮落形式
• 2.1.2 极限垮落高度及其规律
• 2.1.3 围岩活动的分期规律及空间特征
• 2.2 矿压显现规律及沿空留巷的受力状况
• 2.2.1 矿压显现规律
• 2.2.2 围岩的受力状况
• 2.3 本章结论
• 3 沿空留巷力学模型的构建及力学解析
• 3.1 顶板下沉变形的力学分析
• 3.1.1 力学模型的建立
• 3.1.2 顶板下沉量的求解
• 3.1.3 实例计算与结果分析
• 3.2 实体煤帮变形的力学分析
• 3.2.1 力学模型的建立
• 3.2.2 实体煤帮的变形
• 3.2.3 影响因素分析
• 3.3 充填体变形的力学分析
• 3.3.1 力学模型的建立
• 3.3.2 充填体变形的控制
• 3.4 本章小结
• 4 沿空巷道应力、位移的数值模拟与围岩控制技术
• 4.1 数值模拟方法及基本原理
• 4.1.1 数值模拟方法的特点
• 4.1.2 显式拉格朗日差分分析的基本原理
• 4.2 数值模拟计算模型的建立
• 4.2.1 模型的设计原则及基本依据
• 4.2.2 模型的建立
• 4.3 数值模拟结果分析
• 4.3.1 回采期间及留巷期间围岩应力的数值模拟
• 4.3.2 回采期间及留巷期间围岩基点位移的数值模拟
• 4.4 围岩控制技术
• 4.4.1 控制思想
• 4.4.2 支护设计方案及分析
• 4.5 本章小结
• 5 充填方案确定与充填工艺研究
• 5.1 试验点概况
• 5.1.1 工作面概况
• 5.1.2 生产技术条件
• 5.2 充填工艺与基本参数的确定
• 5.2.1 基本参数的确定
• 5.2.2 充填工艺、系统及装备
• 5.3 沿空留巷技术安全措施
• 5.4 现场试验效果分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 论文不足及展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果