近距离顶煤巷道支护参数的数值优化设计
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摘要
本文以淮南矿业集团潘北煤矿-650东一轨道大巷作为工程研究背景。采用了数值模拟、理论分析及现场实测等研究方法。研究了近距离顶煤岩石巷道的采动应力显现规律。而对于U型钢可缩性支架这一种应用广泛的支护。通过理论分析了支护补强结构的作用,对U型钢支架结构的整体稳定性和承载能力的提高进行了定性分析,并简化出相关的力学模型并利用基于有限元方法软件ABAQUS的强大非线性分析功能,分析了在不同围岩压力作用形式下U型钢支架的承载机理。分析了U型钢支架在加入补强结构下承载力的提高。对现有的的支护理论进行了相关评述,阐述了稳定松动圈的新技术,其中心思想为寻找关键加固点加固。并在现场测试和理论分析的基础之上提出了初步的支护方案。设计了三因素三水平的L9(34)正交试验方案,通过有限元仿真分析,得到各结构参数条件下的巷道收敛,用极差分析对试验结果数据进行优选方法分析。得出四因素影响巷道的顶板下沉、两帮收敛、和底臌量的主次顺序及最优参数方案。论文的研究方法与结论可以在条件类似的巷道中得到应用。
In this paper,650Eastern No.l track roadway in PanBei mine of Huainan Mining Group as an engineering research back ground, using numerical simulation and theoretical analysis and field test research methods and so on, it researches mining stress behavior law of Close top coal rock roadway.U-steel Extensible Support is a widely used Support. Through the theoretical analysis the role of supporting reinforcement structure, it qualitative analyzes the improvement of the overall stability and the carrying capacity of the U-steel Support structure, and simplify the mechanical model。It uses powerful nonlinear analysis capabilities, based on the finite element method software ABAQUS to analyze the U-shaped steel bracket bearing mechanism under the role of the different rock pressure form, and analyze the improvement of the bearing capacity of U-steel Support joining the reinforcement structure. It relevant comments the existing support theory and introduce the new technologies of the stability loose circle to find the key reinforcement points to reinforce。 It proposes the support scheme based on the field testing and theoretical analysis. It designs of three factors and three levels of L9(34) orthogonal test program, and uses finite element simulation analysis to get roadway convergence under the condition of the various structural parameters, then uses range analysis the test results data to get preferred method。 Come to the primary and secondary order under the four factors affect of the roadway roof sinking, convergence on both sides, the amount of floor heave and the optimal parameters of the program。 Research methods and conclusions of the paper can be applied in conditions similar to the roadway。
In this paper,650Eastern No.l track roadway in PanBei mine of Huainan Mining Group as an engineering research back ground, using numerical simulation and theoretical analysis and field test research methods and so on, it researches mining stress behavior law of Close top coal rock roadway.U-steel Extensible Support is a widely used Support. Through the theoretical analysis the role of supporting reinforcement structure, it qualitative analyzes the improvement of the overall stability and the carrying capacity of the U-steel Support structure, and simplify the mechanical model。It uses powerful nonlinear analysis capabilities, based on the finite element method software ABAQUS to analyze the U-shaped steel bracket bearing mechanism under the role of the different rock pressure form, and analyze the improvement of the bearing capacity of U-steel Support joining the reinforcement structure. It relevant comments the existing support theory and introduce the new technologies of the stability loose circle to find the key reinforcement points to reinforce。 It proposes the support scheme based on the field testing and theoretical analysis. It designs of three factors and three levels of L9(34) orthogonal test program, and uses finite element simulation analysis to get roadway convergence under the condition of the various structural parameters, then uses range analysis the test results data to get preferred method。 Come to the primary and secondary order under the four factors affect of the roadway roof sinking, convergence on both sides, the amount of floor heave and the optimal parameters of the program。 Research methods and conclusions of the paper can be applied in conditions similar to the roadway。
引文
[1]陈大力.锚杆支护新技术与产品选型、及事故防范处理实务全书[M].北京：中国知识出版杜.2005.3：370～373
[2]陈炎光,陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州：中国矿业大学出版社,1994
[3]钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社,2003
[4]高明中, 黄殿武.底板软岩动压巷道围岩应力分布的数值分析[J],安徽理工大学学报(自然科学版),2003,23(3)：14～18
[6]张向阳.动压影响下大巷围岩变形机理与卸压控制研究[D].安徽理工大学,2007：1～2；17～20
[7]刘同有,马念杰,高谦.地下巷道工程可靠度分析[M].北京：中国矿业大学出版社,1998.
[8]胥润东.隧道有限元分析软件初步开发与应用[U].2006-重庆交通学院：桥梁与隧道工程
[9]陈卫忠,伍国军,贾善坡ABAQUS在隧道逐步形成地下工程中的应用[M].中国水利水电出版社,2010
[10]刘思峰,郭天榜,党耀国.灰色系统理论及其应用[M].科学出版社,1991
[11]正交试验设计[M].上海科学技术出版社,1979
[12]谢文兵,荆升国,王涛,任有奎,张农.U型钢支架结构稳定性及其控制技术[期刊论文]岩石力学与工程学报2010 29(z2)
[13]王成,张农,韩昌良,李桂臣,钱德雨.U型棚锁腿支护与围岩关系数值分析及应用[期刊论文]采矿与安全工程学报2011年2期
[14]何满潮,孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南[M].科学出版社,2004.4,56～65,28～35
[15]何满潮,景海河,孙晓明.软岩工程力学[M].北京：科学出版社,2002
[16]董方庭.巷道围岩松动圈支护理论及其应用技术[M].煤炭工业出版社,2001
[17]陆士良,孙永联,姜耀东.巷道与上部煤柱边缘间水平距离x的选择[J].中国矿业大学学报,1993,22(2)：10-13.
[18]孙向阳等.采面底板及煤壁破坏塑性区研究[J].煤炭科技,2009,03：10-12.
[19]方开泰,马长必.正交与均匀试验设计[M].科学出版社,2001年.
[20]庄茁ABAQUS非线性有限元分析与实例[M].北京：科学出版社,2005.
[21]石亦平,周玉蓉ABAQUS有限元实例详解,北京：机械工业出版社,2006
[22]姚直书.提高U型钢支架整体承载能力的研究[期刊论文]采矿与安全工程学报2000(1).
[23]陆士良,王悦汉.软岩巷道支架壁后充填与围岩关系的研究[期刊论文]岩石力学与工程学 报1999(02)
[24]Bin Zhu, Jinchuan Hu, Fenglin Jiang and Peili Su. Research on Technology of Coupling Support in Soft Roadway and Its Application in Mine Disaster Mitigation. Geotechnical Engineering for Disaster Mitigation and Rehabilitation. Springer Berlin Heidelberg,2008
[25]Ferrero A M. The shear strength of reinforced rock joints. Int J Rock Mech Min & Geo Abstr,1995.32(6)
[26]李海.松软破碎岩体中巷道支护的探讨[J].煤炭技术,2009,(05)：46～49
[27]张金亮,闫帅,柏建彪.厚煤层采动巷道支护技术研究[J].煤,2009,(06)：35～38
[28]欧阳昶等.王庄煤矿动压破碎围岩回采巷道支护技术[J].煤炭科学技术,2009,(09)：52～56
[29]庞凤岭.动压巷道支护技术探讨[J].煤炭科学技术,2006,(03)：36～40
[30]韩杪.在动压下二次复用巷道支护探析[J].山西焦煤科技,2009,(S1)：81～86[31]张立新等.矿井突水预测研究现状及发展趋势[J].中国矿业,2009(1),Vo1.18,No.1：88～90
[32]冯梅梅等.承压水上开采煤层底板隔水层裂隙演化规律的试验研究[J].岩石力学与工程学报,2009(2),Vo1.28,No.2：336～341
[33]LI Liangjie, QIAN Minggao, YIN Youquan. Research on tests of water-inrush from floor simulated by similar materials[J]. Coal Geology and Exploration,1996,25(1):33-36
[34]李尧斌等.煤层顶底板突水事故风险系统安全性评价[J].煤矿安全,2009.2：100～102
[35]顿志林.弹性力学及其在岩土工程中的应用[M].北京：煤炭工业出版社,2003年06月第1版：191
[36]吴家龙.弹性力学[M].北京：高等教育出版社,2004.04：152～153
[37]徐芝纶.弹性力学简明教程[M].北京：高等教育出版社,2003.05：70
[38]王光钦.弹性力学[M].北京：中国铁道出版社,2003.05
[39]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社,2003.05：218～219
[40]孙向阳等.采面底板及煤壁破坏塑性区研究[J].煤炭科技,2009.03：10～12
[41]蔡美峰.岩石力学与工程[M].北京：科学出版社,2004
[42]李通林.矿山岩石力学[M].重庆：重庆大学出版社,1991.01：146
[43]刘波,韩彦辉FLAC原理、实例与应用指南[M].北京：人民交通出版社,2005.09：525-540
[44]彭文斌FLAC3D实用教程[M].北京：人民交通出版社,2005.09：1～19
[45]康红普.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京：煤炭工业出版社,2007.09：67～95
[46]陆士良,姜耀东.巷道底臌的机理和防治[J].中国煤炭,1995,(08)
[47]Hibbitt,Karlsson&Sorensen著；庄茁,等译ABAQUS/Standard有限元软件入门指南[M].清 华大学出版社,1998
[48]何满潮.深部开采工程岩石力学现状及其展望[A].第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C],2004
[49]刘长武,褚秀生.软岩巷道锚注加固原理与应用[M].徐州：中国矿业大学出版社,2000
[50]王连国,等.动压软岩巷道锚注支护技术试验研究[J].矿业研究与开发,2007,(01)
[51]马友魁.动压巷道支护技术[J].内蒙古煤炭经济,2008,(02)
[52]王和志.祁南煤矿动压软岩巷道锚注支护技术研究[J].煤炭科学技术,2008,(02)
[53]高谦,刘福军,赵静.一次动压巷道预应力锚索支护设计与参数优化[J].岩土力学2005,(06)
[54]兰付岭.锚杆与U形棚联合支护方式方法探讨[J].科技信息2010年27期
[55]陈晨.岩石巷道底臌机理分析及治理技术研究[D].安徽理工大学2011
[2]陈炎光,陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州：中国矿业大学出版社,1994
[3]钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社,2003
[4]高明中, 黄殿武.底板软岩动压巷道围岩应力分布的数值分析[J],安徽理工大学学报(自然科学版),2003,23(3)：14～18
[6]张向阳.动压影响下大巷围岩变形机理与卸压控制研究[D].安徽理工大学,2007：1～2；17～20
[7]刘同有,马念杰,高谦.地下巷道工程可靠度分析[M].北京：中国矿业大学出版社,1998.
[8]胥润东.隧道有限元分析软件初步开发与应用[U].2006-重庆交通学院：桥梁与隧道工程
[9]陈卫忠,伍国军,贾善坡ABAQUS在隧道逐步形成地下工程中的应用[M].中国水利水电出版社,2010
[10]刘思峰,郭天榜,党耀国.灰色系统理论及其应用[M].科学出版社,1991
[11]正交试验设计[M].上海科学技术出版社,1979
[12]谢文兵,荆升国,王涛,任有奎,张农.U型钢支架结构稳定性及其控制技术[期刊论文]岩石力学与工程学报2010 29(z2)
[13]王成,张农,韩昌良,李桂臣,钱德雨.U型棚锁腿支护与围岩关系数值分析及应用[期刊论文]采矿与安全工程学报2011年2期
[14]何满潮,孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南[M].科学出版社,2004.4,56～65,28～35
[15]何满潮,景海河,孙晓明.软岩工程力学[M].北京：科学出版社,2002
[16]董方庭.巷道围岩松动圈支护理论及其应用技术[M].煤炭工业出版社,2001
[17]陆士良,孙永联,姜耀东.巷道与上部煤柱边缘间水平距离x的选择[J].中国矿业大学学报,1993,22(2)：10-13.
[18]孙向阳等.采面底板及煤壁破坏塑性区研究[J].煤炭科技,2009,03：10-12.
[19]方开泰,马长必.正交与均匀试验设计[M].科学出版社,2001年.
[20]庄茁ABAQUS非线性有限元分析与实例[M].北京：科学出版社,2005.
[21]石亦平,周玉蓉ABAQUS有限元实例详解,北京：机械工业出版社,2006
[22]姚直书.提高U型钢支架整体承载能力的研究[期刊论文]采矿与安全工程学报2000(1).
[23]陆士良,王悦汉.软岩巷道支架壁后充填与围岩关系的研究[期刊论文]岩石力学与工程学 报1999(02)
[24]Bin Zhu, Jinchuan Hu, Fenglin Jiang and Peili Su. Research on Technology of Coupling Support in Soft Roadway and Its Application in Mine Disaster Mitigation. Geotechnical Engineering for Disaster Mitigation and Rehabilitation. Springer Berlin Heidelberg,2008
[25]Ferrero A M. The shear strength of reinforced rock joints. Int J Rock Mech Min & Geo Abstr,1995.32(6)
[26]李海.松软破碎岩体中巷道支护的探讨[J].煤炭技术,2009,(05)：46～49
[27]张金亮,闫帅,柏建彪.厚煤层采动巷道支护技术研究[J].煤,2009,(06)：35～38
[28]欧阳昶等.王庄煤矿动压破碎围岩回采巷道支护技术[J].煤炭科学技术,2009,(09)：52～56
[29]庞凤岭.动压巷道支护技术探讨[J].煤炭科学技术,2006,(03)：36～40
[30]韩杪.在动压下二次复用巷道支护探析[J].山西焦煤科技,2009,(S1)：81～86[31]张立新等.矿井突水预测研究现状及发展趋势[J].中国矿业,2009(1),Vo1.18,No.1：88～90
[32]冯梅梅等.承压水上开采煤层底板隔水层裂隙演化规律的试验研究[J].岩石力学与工程学报,2009(2),Vo1.28,No.2：336～341
[33]LI Liangjie, QIAN Minggao, YIN Youquan. Research on tests of water-inrush from floor simulated by similar materials[J]. Coal Geology and Exploration,1996,25(1):33-36
[34]李尧斌等.煤层顶底板突水事故风险系统安全性评价[J].煤矿安全,2009.2：100～102
[35]顿志林.弹性力学及其在岩土工程中的应用[M].北京：煤炭工业出版社,2003年06月第1版：191
[36]吴家龙.弹性力学[M].北京：高等教育出版社,2004.04：152～153
[37]徐芝纶.弹性力学简明教程[M].北京：高等教育出版社,2003.05：70
[38]王光钦.弹性力学[M].北京：中国铁道出版社,2003.05
[39]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社,2003.05：218～219
[40]孙向阳等.采面底板及煤壁破坏塑性区研究[J].煤炭科技,2009.03：10～12
[41]蔡美峰.岩石力学与工程[M].北京：科学出版社,2004
[42]李通林.矿山岩石力学[M].重庆：重庆大学出版社,1991.01：146
[43]刘波,韩彦辉FLAC原理、实例与应用指南[M].北京：人民交通出版社,2005.09：525-540
[44]彭文斌FLAC3D实用教程[M].北京：人民交通出版社,2005.09：1～19
[45]康红普.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京：煤炭工业出版社,2007.09：67～95
[46]陆士良,姜耀东.巷道底臌的机理和防治[J].中国煤炭,1995,(08)
[47]Hibbitt,Karlsson&Sorensen著；庄茁,等译ABAQUS/Standard有限元软件入门指南[M].清 华大学出版社,1998
[48]何满潮.深部开采工程岩石力学现状及其展望[A].第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C],2004
[49]刘长武,褚秀生.软岩巷道锚注加固原理与应用[M].徐州：中国矿业大学出版社,2000
[50]王连国,等.动压软岩巷道锚注支护技术试验研究[J].矿业研究与开发,2007,(01)
[51]马友魁.动压巷道支护技术[J].内蒙古煤炭经济,2008,(02)
[52]王和志.祁南煤矿动压软岩巷道锚注支护技术研究[J].煤炭科学技术,2008,(02)
[53]高谦,刘福军,赵静.一次动压巷道预应力锚索支护设计与参数优化[J].岩土力学2005,(06)
[54]兰付岭.锚杆与U形棚联合支护方式方法探讨[J].科技信息2010年27期
[55]陈晨.岩石巷道底臌机理分析及治理技术研究[D].安徽理工大学2011
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