極松散厚煤層完全沿空掘巷的支護(hù)機(jī)理與技術(shù)研究.pdf

1、煤炭是寶貴的不可再生資源，在保證安全、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，盡可能提高煤炭采出率是煤炭行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一。中國工程院袁亮院士提出了“煤炭精準(zhǔn)開采科學(xué)構(gòu)想”，煤炭精準(zhǔn)開采是人類社會(huì)未來采礦的必由之路，本文對(duì)極松散厚煤層完全沿空掘巷支護(hù)技術(shù)方面的研究，正是精準(zhǔn)開采的工程實(shí)例。目前中國在完全沿空掘巷方面實(shí)踐的案例很少數(shù)，公開文獻(xiàn)顯示，自1949年至今，中國僅實(shí)施了5例，其中4例對(duì)應(yīng)的煤層厚度均在2m左右，且屬中硬度煤層;煤層厚度8m左右

2、，且屬于極松散低強(qiáng)度的煤層僅本項(xiàng)目1例，故本文的研究依然屬新生事物，嘗試實(shí)施完全沿空掘巷的煤礦數(shù)量不多。在煤礦中實(shí)施完全沿空掘巷技術(shù)不僅可以提高煤炭采出率，而且可以省去了探水環(huán)節(jié)，提高了成巷速度，保證了工作面的及時(shí)接替，避免了煤礦停產(chǎn)。圍繞論題，本論文的主要研究工作如下:
　　(1)根據(jù)收集的資料分析8100機(jī)巷所處的復(fù)雜工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，分析水害、有害氣體及采空區(qū)殘余煤炭自燃等該巷實(shí)施完全沿空掘巷的影響因素并進(jìn)行防治，為順

3、利實(shí)施完全沿空掘巷技術(shù)提供理論支撐。
　　(2)從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)取試樣對(duì)主要巖石的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、變形模量、彈性模量、泊松比等力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究，同時(shí)對(duì)型煤的側(cè)壓系數(shù)、單軸壓縮強(qiáng)度及七種圍壓情況下的三軸壓縮強(qiáng)度進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究;依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果判斷巖石的堅(jiān)硬程度，根據(jù)巖土材料的屈服條件摩爾—庫侖條件，計(jì)算松散煤的粘聚力和內(nèi)摩擦角。
　　(3)建立冒落拱力學(xué)模型，以軸對(duì)稱圓形巷道圍巖變形分區(qū)的力學(xué)模型為基礎(chǔ)，基于煤巖體特殊的蠕

4、變特性，對(duì)實(shí)體煤側(cè)煤體的變形分區(qū)進(jìn)行解析分析，給出實(shí)體煤側(cè)煤體徑向應(yīng)力分布規(guī)律及各分區(qū)范圍的求解方法與計(jì)算解析式，為完全沿空巷道非對(duì)稱支護(hù)參數(shù)的確定奠定基礎(chǔ)。
　　(4)利用ABAQUS有限元軟件數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)實(shí)體煤側(cè)煤體的變形分區(qū)及應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)比解析分析結(jié)果，并將經(jīng)過兩方面相互印證的結(jié)果作為支護(hù)設(shè)計(jì)的依據(jù)。
　　(5)根據(jù)巷道實(shí)體煤側(cè)的特點(diǎn)，研究了松散煤體穩(wěn)定性控制原理，提出了“防漏支強(qiáng)”維穩(wěn)機(jī)理，給出“

5、煤錨架”（煤+錨桿+棚架）綜合支護(hù)體系的支護(hù)機(jī)理。
　　(6)對(duì)未補(bǔ)強(qiáng)U型鋼支架、兩排錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)U型鋼支架、三排錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)U型鋼支架的三種支護(hù)形式建立力學(xué)模型，運(yùn)用Matlab數(shù)學(xué)計(jì)算軟件分別進(jìn)行承載能力計(jì)算，分析U型鋼支架內(nèi)外邊緣應(yīng)力情況，對(duì)比分析不同情況下的支護(hù)效果，得出支架的受力薄弱部位，確定補(bǔ)強(qiáng)錨桿的合理位置。
　　(7)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)圍巖與金屬支架之間的相互作用力、棚架組合結(jié)構(gòu)中錨桿的拉拔力進(jìn)行準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和