万福矿深部矩形煤巷围岩变形失稳机理与控制技术研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:suntiger2009
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深部矩形煤巷具有埋深大、应力集中程度高、围岩稳定性差的特点,其支护控制难题亟待解决,因此本文以万福煤矿1305工作面运输巷为研究对象,结合现场工程地质条件,采用现场勘测、理论分析和数值模拟的方法,分析了矩形巷道的围岩应力分布规律及深部煤层巷道的变形运移机理,为现场设计了合理的支护方案,并进行了可行性验证,本文研究所得的主要结论如下:(1)采用复变弹性理论,建立了从直角坐标平面到复平面的映射关系,推导了矩形巷道周边围岩应力的理论表达式;并分析了侧向压力系数和巷道宽高比对矩形巷道围岩最大切向应力分布的影响规律。(2)运用数值模拟的方法,分析了巷道埋深、巷道水平应力、巷道宽度和顶煤厚度对万福矿深部矩形煤巷围岩破坏的影响规律。不同埋深条件下,在巷道顶底板和帮部均产生了应力峰值,在巷道肩角处产生了较大的剪切应力集中,且随着埋深增加,应力峰值和剪切应力集中系数不断增大。在高水平应力作用下,巷道围岩表现出软岩性质,出现大变形,顶板下沉量、帮部移近量和底鼓量均急剧增加,近似为指数增长。随着巷道宽度的增加,顶板下沉量、帮部移近量和底鼓量均不断增加,近似为线性增长。不留顶煤时,顶板下沉变化曲线近似为线性变化,曲线斜率基本保持不变;随顶煤厚度的增加,顶板下沉量急剧增长,下沉变形速率也显著增加,顶煤的下沉变形速率均大于基本顶岩层的下沉变形速率。(3)设计了长锚杆+长锚索支护方案,支护模拟结果显示,支护方案有效控制了围岩变形和塑性区扩展,顶板最大下沉量降低了 81.4%,巷道帮部最大移近量降低了 73.1%,巷道最大底鼓量降低了 40.5%,支护有效抑制了巷道围岩的变形破坏;支护后围岩塑性区范围大幅度缩小,顶板和两帮拉破坏区域消失,巷道围岩的主要破坏形式为剪切破坏,支护方案可行。该论文有图38幅,表16个,参考文献124篇。
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