收藏本站
《重庆大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

缓斜煤层群采动影响下底板软岩巷道围岩稳定性控制

康钦容  
【摘要】:我国不少矿区都存在底板软岩巷道受近距离煤层群采动影响的问题,特别是受跨采影响的高应力软岩巷道围岩变形破坏机理复杂,支护问题日益突出,围岩稳定性控制十分困难。近距离煤层群采动影响下底板软岩巷道围岩稳定性控制实质上是高应力重复作用下的软岩巷道支护问题,这也一直是困扰我国煤矿生产和建设的难题之一。因此,对底板软岩巷道的变形破坏特征及其受重复采动影响的围岩稳定性控制机理进行研究,不仅具有重要的理论意义,而且具有重要的工程应用价值。 本文以川南煤业鲁班山北矿为工程背景,综合应用室内试验、现场监测、理论分析和数值模拟手段,测定了试验矿井原岩应力、煤系地层煤(岩)物理力学参数、煤层底板软岩的蠕变特性及本构关系、受不同采动影响下底板上山松动圈的厚度。数值分析了缓斜近距离煤层群开采条件下支承压力分布规律以及在底板岩层中的传播规律;分析了在煤层群跨采影响下现有底板上山的布置及支护存在的问题。理论研究了在高应力软岩巷道超大松动圈条件下,采用锚网索联合支护可能形成锚杆与围岩的组合拱以及锚索与围岩的加固拱,即“双拱”,分析了“双拱”的作用机理,提出根据松动圈厚度设计锚网索的支护参数,现场测试了一采区回风上山按“双拱”设计加固后,在重复采动影响下的矿压显现。论文主要成果如下: (1)根据松动圈围岩稳定性分类方法对矿井底板巷道围岩进行了分类,得出试验矿井一采区回风上山在不受采动影响时主要为Ⅱ~Ⅲ类围岩,即较稳定和一般稳定围岩;受煤层群跨采影响后主要为Ⅳ~Ⅴ类围岩,即一般不稳定围岩(软岩)和不稳定围岩(较软围岩)。根据上山围岩的矿物成分、所受应力状态、岩石强度等,将其划分为准高应力软岩。 (2)结合一采区回风上山巷道变形的过程特征,论文对试验矿井底板软岩(砂质泥岩)进行了蠕变特性试验及蠕变力学模型研究:通过单轴实验得到岩石的全应力-应变曲线,在应力-应变的各个阶段上分别选取不同的应力水平进行蠕变实验;根据加载应力水平产生的蠕变差异,建立了砂质泥岩的经验本构方程和蠕变力学模型。其研究成果可应用到鲁班山北矿软岩巷道支护优化设计中,为软岩巷道支护设计作补充和完善。 (3)利用声发射Kaiser效应测试岩体地应力的原理、方法及弹性力学理论,得出了试验矿井285运输联络巷、三采区+450m装车石门处的原岩应力值,研究表明,矿区地应力场主要以构造应力场型为主,自重应力场型为辅;最小主应力值接近上覆岩层所形成的自重应力且各主应力值均为压应力。为建立数值模型提供了应力边界条件。 (4)应用数值模拟方法对煤层群支承压力分布规律的研究,得出了如下规律:沿走向首采煤层工作面前方支承压力随工作面的推进而以相同的应力波形不断向前传播,工作面前方应力峰值随着工作面的推进而逐渐增大。重复一次及重复二次开采过程中,工作面前方均形成了应力“双峰”曲线,其中工作面前方第一应力增高区应力小而集中,影响范围较小,第二个应力增高区宽而平缓,应力影响范围较大;沿倾斜方向在工作面采空区两侧形成了应力单峰曲线,其中采空区下侧煤体的应力集中系数小于工作面上侧煤体应力集中系数,但其应力集中程度略高,影响范围也略大。 (5)应用数值模拟方法对煤层群底板应力分布规律进行了研究,得出了如下规律:回采工作面煤体下的σ_y等应力线呈泡形并斜向于工作面前方,采空区下方岩层的σ_y等应力线呈椭圆状,随着工作面的推进,位于煤层底板的原岩应力区、应力增高区、应力降低区这3个区将不断向前移动,对下部煤层开采及巷道维护有直接影响。沿走向8#煤层回采工作面前后支承压力在底板岩层中传播的动压影响范围为35m;沿倾斜方向8#煤层回采工作面采空区两侧支承压力在底板岩层中传播的静压影响范围为45m。 (6)应用数值模拟方法对跨上山回采的合理停采煤柱位置及尺寸进行了研究,研究表明,采用2#、3#、8#煤层停采煤柱分别为10m、20m、20m的内错式布置方案比较合理,在8#煤层煤柱下方底板岩层影响范围为35m,据此来设计底板巷道布置位置,可以避免或减轻煤柱支承压力对巷道围岩的破坏。 (7)分析了煤层群采动影响下软岩巷道围岩变形破坏特征与软岩巷道稳定性控制机理。2#、3#煤层由于距离底板上山较远,其跨采对上山围岩稳定性影响小;底板上山围岩稳定性在与8#煤层工作面水平距离-40mx≤60m范围内受8#煤层动压影响非常显著。各煤层停采煤柱左侧工作面开采对软岩巷道围岩稳定性基本不会产生影响。研究表明,底板上山应布置在与8#煤层垂距45m以下、与8#煤层停采煤柱水平距离40m以上较为合适。 (8)围绕软岩巷道围岩松动圈厚度与锚杆组合拱、锚索加固拱厚度之间的关系,建立了跨采动压软岩巷道预应力锚杆锚索双拱支护体系。通过把锚索加固拱内缘与锚杆组合拱外缘相连,而加固拱外缘位于未受破坏的稳定岩体中,并将松动圈的边界置于加固拱的中部,以此来改变内部岩体的应力状态,阻止松动圈边界岩体进一步向深部变形破坏,使松动圈厚度稳定下来,从而使巷道的变形量稳定下来。根据软岩巷道围岩松动圈厚度来确定锚杆组合拱厚度、锚索加固拱厚度及支护相关参数,以此来控制采动对软岩巷道围岩稳定的影响。并把该支护体系应用于矿井巷道支护工程实践,锚网索喷联合支护效果较好,该方法可有效控制软岩巷道围岩变形。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 刘瑞新;;采动对红层水涌入矿井的影响[J];煤田地质与勘探;1992年03期
2 张琳;屠世浩;饶志强;;临涣矿风巷不同采动条件煤柱留设数值模拟研究[J];能源技术与管理;2006年02期
3 宋朝阳;;大采高工作面顺槽底鼓机理及防治措施的探讨[J];科技情报开发与经济;2006年20期
4 李九青;王紫光;;煤矿井巷工程受构造及采动影响的变形规律和控制[J];煤矿现代化;2008年04期
5 陈怀利;张海军;梁庭栋;张孝文;;受多中段采动影响的竖井工程稳定性数值模拟[J];矿业研究与开发;2010年02期
6 牛建平;;西铭矿9#难采煤层综采巷道支护研究[J];科技致富向导;2010年20期
7 陈宝元;;桁架锚索支护技术在二次动压巷道中的应用[J];煤矿开采;2010年04期
8 石茂虎;;梧桐庄矿密集村庄下采煤技术研究[J];科技情报开发与经济;2010年25期
9 易四海;;地下开采对地面带式输送机线路的影响[J];煤炭工程;2011年03期
10 郭慧高;张海军;郭彬;;受多中段采动影响的竖井工程稳定性数值模拟[J];金属矿山;2009年S1期
11 刘长武;周晓明;李晓迪;;大采深煤矿地下巷道的工程特征[J];金属矿山;2011年06期
12 高洁;王文亮;张秋成;费松坡;;采动影响下巷道群稳定性的现场监测研究[J];能源技术与管理;2011年03期
13 李少华;徐学标;;采动影响下穿层钻孔二次封孔技术研究[J];中小企业管理与科技(下旬刊);2011年08期
14 吴一川;;采动影响下建筑物常用梁式结构受力分析[J];矿山测量;1987年03期
15 王燕侠;赵俊图;;井筒煤柱采动影响的有限元计算分析[J];矿山测量;1988年03期
16 李景岱;;桥台受采动影响的稳定计算与保护措施的探讨[J];矿山测量;1989年01期
17 张小祥;锚喷锚注技术在巷道修护中的应用[J];煤炭技术;2005年08期
18 王世金,林来彬,邵元春;锚喷锚注技术在巷道修护中的应用[J];煤矿开采;2005年05期
19 王海龙;杨耀文;郜锦柱;张传安;王宝;;任楼煤矿巷道失修原因分析及支护对策[J];煤炭工程;2006年08期
20 白国良;梁冰;李树志;;采动影响下等效连续介质水岩耦合数学模型及应用[J];煤炭学报;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘建军;;邻近工作面采动影响下巷道矿压规律显现[A];开滦矿区采矿技术与实践文集[C];2009年
2 何满潮;;软岩工程技术现状及展望[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
3 贾忠国;刘丙方;张广君;;73_下20工作面开采对新邹济公路白马河大桥采动影响[A];2011全国矿山测量新技术学术会议论文集[C];2011年
4 何满潮;黄福昌;闫吉太;;前言[A];世纪之交软岩工程技术现状与展望[C];1999年
5 郝立东;;频繁采动影响下巷道修复技术的应用[A];第七次煤炭科学技术大会文集(上册)[C];2011年
6 杜宝同;邵朋;;复杂采动影响下巷道围岩变形规律研究[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
7 刘天泉;;矿井采动影响力学及其在特殊开采技术中的应用[A];岩石力学在工程中的应用——第二次全国岩石力学与工程学术会议论文集[C];1989年
8 熊仁钦;;软岩工程支护的岩石力学原理[A];世纪之交软岩工程技术现状与展望[C];1999年
9 谭云亮;王春秋;;受采动影响厚煤层沿顶巷道围岩稳定性模拟[A];中国煤炭学会第六届青年科技学术研讨会论文集[C];2000年
10 ;内容提要[A];世纪之交软岩工程技术现状与展望[C];1999年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 谢传飞;用科技强健“体魄”[N];中华合作时报;2009年
2 潘林;南桐矿蛇劳子“天窗区”治理效果凸现[N];经理日报;2007年
3 李宛玲;王庄矿筑牢防汛大屏障[N];经理日报;2008年
4 赖雄杰;小华煤矿改进工艺提高效益[N];中国煤炭报;2006年
5 陈巍巍;翟镇矿:矸石利用“换”煤二十三万吨[N];地质勘查导报;2007年
6 王宝琴吴长芝;山东兖矿集团济二矿加大隐患排查预防矿井水情水害[N];经理日报;2007年
7 张磊鑫;沿空造巷开采技术提高煤炭采出率[N];地质勘查导报;2008年
8 谢传飞;任楼矿:科技强“细胞” 壮“体魄”[N];经理日报;2009年
9 河北省石家庄市 郝建良;矿用人行车设计多考虑对人的防护[N];中国安全生产报;2005年
10 李宛玲;王庄矿:筑牢防汛大堤 确保矿井安全[N];经理日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 康钦容;缓斜煤层群采动影响下底板软岩巷道围岩稳定性控制[D];重庆大学;2011年
2 王宇;软岩瞬时及流变力学特性试验研究[D];武汉大学;2012年
3 王东;物化型软岩电化学改性机理研究[D];太原理工大学;2010年
4 刘睦峰;软岩模拟及其大直径钻进技术研究[D];中南大学;2010年
5 陈加轩;采动应力演化对底板岩巷失稳影响机理及控制研究[D];中国矿业大学;2009年
6 李志华;采动影响下断层滑移诱发煤岩冲击机理研究[D];中国矿业大学;2009年
7 鲁岩;构造应力场影响下的巷道围岩稳定性原理及其控制研究[D];中国矿业大学;2008年
8 张军;深部巷道围岩破坏机理及支护对策研究[D];中国矿业大学(北京);2010年
9 张结红;高应力软岩隧道施工过程力学效应规律及围岩控制研究[D];长安大学;2012年
10 李鸿博;高应力软岩公路隧道大变形机理及工程应用研究[D];华中科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曹宏波;十天高速公路安康西段变质软岩填料压缩特性研究[D];长安大学;2011年
2 雷敏;软岩公路隧道支护结构体系研究[D];西南交通大学;2012年
3 王慧敏;大口径钻进软质岩层相似材料模拟研究[D];中南大学;2010年
4 欧哲;软岩的流变性及其围岩支护研究[D];西华大学;2010年
5 唐杰兵;平煤十一矿软岩破坏巷道修复治理研究[D];河南理工大学;2010年
6 孙东霞;巷道受采区采动影响的动态响应规律研究[D];安徽理工大学;2012年
7 田勇;大断面软岩煤巷的支护与分析[D];内蒙古科技大学;2012年
8 蔡志良;两次采动影响下底板巷道围岩控制技术研究[D];安徽理工大学;2012年
9 邓虎;下部采动对侧上大巷的动态影响范围研究[D];安徽理工大学;2011年
10 雷进生;高速公路穿煤隧道变形及稳定性研究[D];武汉理工大学;2003年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978