极松散厚煤层完全沿空掘巷的支护机理与技术研究
发布时间：2023-12-24 16:18
煤炭是宝贵的不可再生资源,在保证安全、技术可行、经济合理的前提下,尽可能提高煤炭采出率是煤炭行业的发展趋势之一。中国工程院袁亮院士提出了“煤炭精准开采科学构想”,煤炭精准开采是人类社会未来采矿的必由之路,本文对极松散厚煤层完全沿空掘巷支护技术方面的研究,正是精准开采的工程实例。目前我国在完全沿空掘巷方面实践的案例很少数,公开文献显示,自1949年至今,我国仅实施了 5例,其中4例对应的煤层厚度均在2m左右,且属中硬度煤层;煤层厚度8m左右,且属于极松散低强度的煤层仅本项目1例,故本文的研究依然属新生事物,尝试实施完全沿空掘巷的煤矿数量不多。在煤矿中实施完全沿空掘巷技术不仅可以提高煤炭采出率,而且可以省去了探水环节,提高了成巷速度,保证了工作面的及时接替,避免了煤矿停产。围绕论题,本论文的主要研究工作如下:(1)根据收集的资料分析8100机巷所处的复杂工程地质和水文地质条件,分析水害、有害气体及采空区残余煤炭自燃等该巷实施完全沿空掘巷的影响因素并进行防治,为顺利实施完全沿空掘巷技术提供理论支撑。(2)从工业现场取试样对主要岩石的抗拉强度、抗压强度、变形模量、弹性模量、泊松比等力学性质进行...
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 沿空掘巷的研究概述
1.2.2 采煤工作面周边矿压显现规律研究概况
1.2.3 巷道支护的研究概述
1.2.4 完全沿空掘巷技术应用现状
1.3 研究内容与方法
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究方法
2 影响完全沿空掘巷基本原因分析及对策研究
2.1 工程概述
2.2 局部小构造分析
2.2.1 周边已查明构造总览
2.2.2 局部构造对8100机巷掘进施工影响分析
2.3 水害分析及防治
2.3.1 水文地质概况及水害类型分析
2.3.2 工作面涌水量预算
2.3.3 水害防治措施
2.4 有害气体分析及防治
2.4.1 采空区瓦斯积存状态8100机巷影响分析
2.4.2 工作面瓦斯涌出量预测
2.4.3 瓦斯治理方案
2.5 余煤自燃的影响因素分析及防治
2.5.1 余煤自燃的影响因素分析
2.5.2 余煤自燃的防治
2.6 本章小结
3 煤岩样物理力学性能研究
3.1 煤顶板、底板岩石物理力学性质试验
3.1.1 试验内容
3.1.2 试验系统及试验前后的试件
3.1.3 试验结果
3.1.4 普氏系数试验
3.2 煤的力学性能试验
3.2.1 煤的侧压系数试验
3.2.2 煤单轴和三轴压缩强度试验
3.2.3 煤与岩石的摩擦系数试验
3.3 本章小结
4 实体煤侧煤体变形分区及支护机理研究
4.1 实体煤侧煤体变形分区研究
4.1.1 完全沿空掘巷上覆老顶的基本断裂形式
4.1.2 实体煤侧煤体受力变形力学模型的建立
4.1.3 实体煤侧煤体变形分区及范围研究
4.1.4 实体煤侧煤体变形分区边界应力及范围确定
4.1.5 理论计算结果分析
4.1.6 数值模拟对比计算分析
4.2 支护机理分析
4.2.1 松散破碎煤体的维稳机理
4.2.2 锚杆锚固的位移自锁原理
4.2.3 “锚架煤”综合支护结构承载机理
4.3 U型钢支架承载能力计算与分析
4.3.1 未补强U型钢支架承载能力计算
4.3.2 两排锚杆补强支护U型钢支架承载能力计算
4.3.3 两排锚杆支护U型钢支架补强位置优化
4.3.4 三排锚杆补强支护U型钢支架承载能力计算
4.4 本章小结
5 完全沿空掘巷周围煤岩体劣化的有限元分析
5.1 模型概况
5.1.1 几何尺寸
5.1.2 围岩破碎区的力学性质
5.1.3 边界条件
5.1.4 网格划分
5.2 模拟计算过程及结果分析
5.2.1 模拟步骤
5.2.2 地应力覆加效果
5.2.3 工作面开采的模拟
5.2.4 8100机巷开挖
5.2.5 弱面结构对巷道围岩的影响
5.3 本章小结
6 支护技术应用及可靠性评价
6.1 非对称支护及支护方案
6.1.1 非对称支护
6.1.2 支护方案
6.2 8101工作面顶板断裂对8100机巷的影响分析
6.2.1 检测仪器及方法
6.2.2 现场监测及数据分析
6.3 支护压力与围岩(煤)变形的实测与分析
6.3.1 压力测试
6.3.2 测试工具及使用方法
6.3.3 测力计现场安装
6.3.4 现场监测及分析
6.4 巷道变形监测
6.4.1 观测目的
6.4.2 观测点位设置
6.4.3 变形观测及分析
6.5 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 主要创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果
本文编号：3874868
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 沿空掘巷的研究概述
1.2.2 采煤工作面周边矿压显现规律研究概况
1.2.3 巷道支护的研究概述
1.2.4 完全沿空掘巷技术应用现状
1.3 研究内容与方法
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究方法
2 影响完全沿空掘巷基本原因分析及对策研究
2.1 工程概述
2.2 局部小构造分析
2.2.1 周边已查明构造总览
2.2.2 局部构造对8100机巷掘进施工影响分析
2.3 水害分析及防治
2.3.1 水文地质概况及水害类型分析
2.3.2 工作面涌水量预算
2.3.3 水害防治措施
2.4 有害气体分析及防治
2.4.1 采空区瓦斯积存状态8100机巷影响分析
2.4.2 工作面瓦斯涌出量预测
2.4.3 瓦斯治理方案
2.5 余煤自燃的影响因素分析及防治
2.5.1 余煤自燃的影响因素分析
2.5.2 余煤自燃的防治
2.6 本章小结
3 煤岩样物理力学性能研究
3.1 煤顶板、底板岩石物理力学性质试验
3.1.1 试验内容
3.1.2 试验系统及试验前后的试件
3.1.3 试验结果
3.1.4 普氏系数试验
3.2 煤的力学性能试验
3.2.1 煤的侧压系数试验
3.2.2 煤单轴和三轴压缩强度试验
3.2.3 煤与岩石的摩擦系数试验
3.3 本章小结
4 实体煤侧煤体变形分区及支护机理研究
4.1 实体煤侧煤体变形分区研究
4.1.1 完全沿空掘巷上覆老顶的基本断裂形式
4.1.2 实体煤侧煤体受力变形力学模型的建立
4.1.3 实体煤侧煤体变形分区及范围研究
4.1.4 实体煤侧煤体变形分区边界应力及范围确定
4.1.5 理论计算结果分析
4.1.6 数值模拟对比计算分析
4.2 支护机理分析
4.2.1 松散破碎煤体的维稳机理
4.2.2 锚杆锚固的位移自锁原理
4.2.3 “锚架煤”综合支护结构承载机理
4.3 U型钢支架承载能力计算与分析
4.3.1 未补强U型钢支架承载能力计算
4.3.2 两排锚杆补强支护U型钢支架承载能力计算
4.3.3 两排锚杆支护U型钢支架补强位置优化
4.3.4 三排锚杆补强支护U型钢支架承载能力计算
4.4 本章小结
5 完全沿空掘巷周围煤岩体劣化的有限元分析
5.1 模型概况
5.1.1 几何尺寸
5.1.2 围岩破碎区的力学性质
5.1.3 边界条件
5.1.4 网格划分
5.2 模拟计算过程及结果分析
5.2.1 模拟步骤
5.2.2 地应力覆加效果
5.2.3 工作面开采的模拟
5.2.4 8100机巷开挖
5.2.5 弱面结构对巷道围岩的影响
5.3 本章小结
6 支护技术应用及可靠性评价
6.1 非对称支护及支护方案
6.1.1 非对称支护
6.1.2 支护方案
6.2 8101工作面顶板断裂对8100机巷的影响分析
6.2.1 检测仪器及方法
6.2.2 现场监测及数据分析
6.3 支护压力与围岩(煤)变形的实测与分析
6.3.1 压力测试
6.3.2 测试工具及使用方法
6.3.3 测力计现场安装
6.3.4 现场监测及分析
6.4 巷道变形监测
6.4.1 观测目的
6.4.2 观测点位设置
6.4.3 变形观测及分析
6.5 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 主要创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果
本文编号：3874868
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