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倾斜煤层巷道预应力锚杆(索)支护技术研究

寇卫锋  
【摘要】: 煤炭一直占我国能源的70%以上,在国民经济建设中占有举足轻重的地位。由于煤层的赋存条件非常复杂,倾斜煤层巷道普遍存在。能否建立适合倾斜煤层巷道的锚杆(索)支护计算模型,解决好倾斜煤层巷道的支护等问题,是倾斜煤层巷道顺利开掘和安全生产的关键,迫切需要深入的研究和探索。 本文以乌兰煤矿8号煤层5867机巷为主要研究对象,系统的分析了锚杆(索)支护的基本理论及设计方法,对预应力锚杆(索)对巷道围岩的控制作用机理作了较为深入的研究,并对不同锚固方式条件下,预应力锚杆的受力特点进行了分析,指出把合理的锚杆(索)预应力纳入到倾斜煤层巷道锚杆支护参数设计之中,对倾斜煤层巷道支护的稳定性具有十分重要的意义。 在理论分析和现场调研的基础上,基于围岩松动圈理论和倾斜冒落拱理论,提出了三种倾斜煤层巷道顶板松动圈计算模型,利用计算模型确定了锚杆(索)最佳支护参数。对倾斜煤层巷道锚杆的切向锚固力进行了系统的理论分析,指出倾斜煤层巷道锚杆抗剪承载力计算的必要性,建立了锚杆抗剪承载力的计算公式。运用大型有限差分软件FLAC3D对乌兰矿8号煤5867机巷倾斜煤层巷道建立了三维数值计算模型,分析了倾斜煤层巷道围岩变形破坏特征,指出:倾斜煤层巷道支护应以巷道的顶板、高帮下部、低帮上部和靠近低帮的底板为关键部位,同时应注意巷道底臌现象的发生。并对支护参数下巷道顶板沉降量、塑性区分布、围岩应力分布特征进行了数值模拟分析,验证了支护方案的安全可靠性。并选取试验段对巷道的收敛变形、顶板离层、围岩松动圈等进行监测与分析,进一步验证了计算方法及支护参数的安全和可靠性。 本文的研究与实践,使倾斜煤层巷道支护由工程类比法上升到定量分析,为倾斜煤层巷道锚杆(索)支护设计探索了新的途径。它必将在倾斜煤层巷道的支护设计中起着主要的参考作用。


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