曲江礦厚層復(fù)合頂板煤巷變形機(jī)理及控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著采深的不斷增大，厚層復(fù)合頂板巷道圍巖控制難度越來越大，成為了領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。因此有必要對(duì)該類巷道的變形破壞機(jī)理和控制技術(shù)進(jìn)行深入研究。本文以豐城曲江公司“深井厚層復(fù)合頂板煤巷及軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究”項(xiàng)目為依托，采用理論分析、數(shù)值計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等手段分析了厚層復(fù)合頂板的變形破壞機(jī)理，并提出支護(hù)技術(shù)與方案，并在工程實(shí)踐中取得良好效果。
　　結(jié)合厚層復(fù)合頂板的特點(diǎn)，建立力學(xué)模型，將其簡(jiǎn)化成橫向并聯(lián)、縱向串聯(lián)的分層巖梁，分析表明:抗

2、彎剛度是頂板變形的關(guān)鍵，變形離層主要是水平應(yīng)力的作用;采用縱橫彎曲理論，得出由于分層巖性和厚度不同，致使變形不協(xié)調(diào)，軟弱夾層的最大撓度小極易在附近發(fā)生離層。采用兩端簡(jiǎn)支梁分析了撓度不同引起頂板離層。以懸臂梁分析了沿空掘巷的受力及彎曲變形，得出厚層復(fù)合直接頂關(guān)鍵塊B的回轉(zhuǎn)角較一般直接頂小，此時(shí)采用沿空掘巷比一般頂板更有利，沿空掘巷煤體變形可能小于實(shí)體煤巷道。
　　通過理論分析，得出了厚層復(fù)合頂板煤巷的破壞類型及其在不同支護(hù)形式下的變

3、形破壞特征。分析了該類頂板變形破壞的影響因素。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖內(nèi)部探測(cè)及離層監(jiān)測(cè)，得出厚層復(fù)合頂板煤巷圍巖的內(nèi)部特點(diǎn)及新支護(hù)對(duì)軟弱破壞及離層的控制作用。
　　分析了厚層復(fù)合頂板的支護(hù)原則，并建立簡(jiǎn)化力學(xué)模型，探討了圍巖控制機(jī)理，分析了支護(hù)體對(duì)煤巖梁的彎矩及剪力的的影響，結(jié)果表明:支護(hù)阻力能減小塑性區(qū)和破碎區(qū)范圍，而且支護(hù)阻力越大，對(duì)圍巖的支護(hù)效果越好。探討分析了(三層）復(fù)合頂板煤巷支護(hù)可能的關(guān)鍵部位，并采取相應(yīng)的加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)。以組合梁

4、和疊合梁模型分析了錨桿的組合作用，結(jié)果表明:錨固好的組合梁能顯著的提高復(fù)合頂板的抗彎剛度和抗彎強(qiáng)度，并減少最大撓度，且組合的分層越多，效果越好。分析了頂板和幫部錨桿、錨索的支護(hù)機(jī)理，得出錨桿和錨索都具有“減跨”的作用，同時(shí)探討了如何實(shí)現(xiàn)錨桿、錨索的時(shí)空耦合及其作用，并對(duì)煤幫和頂板桁架錨索的支護(hù)機(jī)理進(jìn)行了分析。
　　對(duì)曲江礦602風(fēng)巷原支護(hù)方案失效的形式及原因進(jìn)行了分析，提出了將“錨網(wǎng)索+桁架錨索”聯(lián)合支護(hù)形式應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。運(yùn)用FLA

5、CD模擬分析了桁架錨索對(duì)厚層復(fù)合頂板沿空掘巷的作用，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，并與原方案對(duì)比，表明:桁架錨索充分調(diào)動(dòng)了深部巖體的承載作用，能夠很好的控制巷道圍巖的穩(wěn)定。采用正交試驗(yàn)法，運(yùn)用FLAC3D模擬各方案，并對(duì)比優(yōu)選出最佳錨索支護(hù)參數(shù)。正交試驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐結(jié)果顯示:錨索并不是越長(zhǎng)越好。可能原因有:錨索孔越深，錨固劑送達(dá)孔底也越困難，途中破裂的可能性也越大;錨索越長(zhǎng)，其端錨基礎(chǔ)所要“懸吊”的復(fù)合頂板分層越多，負(fù)擔(dān)的巖層重量越大，其失效的可