回采動壓下泥質(zhì)復(fù)合頂板煤巷破壞機(jī)理及耦合控制研究.pdf

1、泥質(zhì)復(fù)合頂板軟巖煤巷的支護(hù)問題是地下工程中較為復(fù)雜的問題，因其圍巖巖性差、工程偏應(yīng)力高等不良條件而成為了煤巷支護(hù)中的難題。單一的支護(hù)形式在這種煤巷中是不可行的，而采用聯(lián)合支護(hù)時效果亦不理想，往往陷入前掘后修的尷尬局面，單一支護(hù)不可行的原因在于支護(hù)強(qiáng)度不足，而聯(lián)合支護(hù)失效的原因在于支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖力學(xué)特性之間不耦合.傳統(tǒng)聯(lián)合支護(hù)方法僅將各種支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單組合，沒有充分考慮支護(hù)體的支護(hù)機(jī)理、圍巖內(nèi)部積蓄能量的釋放及圍巖自穩(wěn)能力的發(fā)揮，從而難

2、以實現(xiàn)支護(hù)體與圍巖在強(qiáng)度、剛度以及結(jié)構(gòu)上的耦合作用。
　　本文以高家梁煤礦2中煤層20307回采工作面皮帶順槽為研究對象，采用現(xiàn)場實際調(diào)研、室內(nèi)巖石物理力學(xué)試驗、微觀物化成分分析、理論分析、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場工業(yè)性試驗等方法綜合分析其在自身工作面回采動壓下變形破壞機(jī)理與煤巷圍巖穩(wěn)定性耦合控制對策研究。取得了如下主要成果:
　　(1)綜合考慮煤巷圍巖受擾動、節(jié)理、裂隙等不連續(xù)結(jié)構(gòu)面、地下水等諸多因素后，基于分形理論預(yù)測皮帶煤巷松

3、動圈半徑為1600mm～2000mm，與采用孔壁檢視法進(jìn)行現(xiàn)場原位測定塑性松動圈半徑為1740mm～2020mm范圍相比，結(jié)果表明分形理論應(yīng)用于塑性松動圈的預(yù)測具有有效性。
　　(2)提出采用模糊數(shù)學(xué)聚類分析方法進(jìn)行動壓下2中煤層煤巷圍巖整體穩(wěn)定性分類，明確其聚類中心，確定20307皮帶煤巷屬于Ⅲ類不穩(wěn)定圍巖，并根據(jù)具體煤巷的地質(zhì)條件，進(jìn)行煤巷圍巖次分類，依據(jù)有效載荷系數(shù)S≥0.55準(zhǔn)則對軟巖煤巷軟弱結(jié)構(gòu)進(jìn)行判別。
　　(3

4、)通過室內(nèi)試驗與工程地質(zhì)環(huán)境綜合分析，確定影響泥質(zhì)復(fù)合頂板穩(wěn)定主要因素為具有較高工程偏應(yīng)力、圍巖力學(xué)強(qiáng)度低、原支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖不耦合以及受自身工作面回采動壓影響等敏感性因素。致使皮帶煤巷圍巖表面收斂速率快且形變數(shù)值大，泥質(zhì)復(fù)合頂板非對稱變形下沉嚴(yán)重，導(dǎo)致兩幫也產(chǎn)生嚴(yán)重內(nèi)擠變形，并伴隨有較強(qiáng)流變特性。
　　(4)通過煤巷巖體微觀物化成分定量與變形機(jī)制定性分析，確定出皮帶煤巷圍巖為高工程偏應(yīng)力—節(jié)理化—膨脹性(HJS)的應(yīng)力擴(kuò)容膨脹型復(fù)

5、合地質(zhì)軟巖，明確20307皮帶煤巷圍巖變形力學(xué)機(jī)制為ⅠABCⅡBDⅢDA型。
　　(5)通過工程軟巖變形力學(xué)機(jī)制轉(zhuǎn)化技術(shù)定性研究，確定20307皮帶煤巷采取“高強(qiáng)錨桿+金屬網(wǎng)+強(qiáng)力錨索+鋼帶+水患區(qū)注漿”耦合支護(hù)方案，即簡稱“錨網(wǎng)索帶注”耦合支護(hù)結(jié)構(gòu)。并基于FLAC3D數(shù)值軟件模擬分析“錨網(wǎng)索帶注”耦合支護(hù)方案的可靠性，結(jié)果表明“錨網(wǎng)索帶注”耦合支護(hù)結(jié)構(gòu)體系是有效的。
　　(6)對“錨網(wǎng)索帶注”耦合支護(hù)方案進(jìn)行定量支護(hù)參數(shù)設(shè)