大断面煤巷综掘锚杆支护快速掘进关键技术研究
|
摘要
本文结合新集刘庄煤矿E2-1305工作面回采巷道掘进,对大断面煤巷综掘锚杆支护快速掘进关键技术问题进行研究。通过解析的方法求得深井巷道支护工艺过程的粘弹性解析解。运用FLAC~(2D)确定了巷道的断面形状、锚杆支护的相关参数:并对锚杆刚性进行分析,得出锚杆轴力、锚杆剪应力、锚固剂与岩体接触面剪应力分布以及三者之间能量传递关系。运用FLAC~(3D)模拟了大断面煤巷在不同掘进步距、有无护顶煤、不同锚索组合布置、导峒法施工等条件下,应力场变化情况,得到一些有益的结论。这都为大断面煤巷综掘锚杆支护快速掘进提供了理论参考,奠定了理论基础,并指导了生产实践:取得了良好的的技术经济效果。
The paper, combining the gateway of E2-1305 coal face of Liu zhuang coal mine, has done the research to t fully-mechanized fast driving for large cross section coal roadway. Analysis approach get viscous-elasticity analytical solutions of roadway in deep supporting craft process . The Shape of Section of mining roadway and the relational parameters of the cable are decided by FLAC2D. Through theoretical analysis and numerical simulation, we obtained axial force distribution of rock bolt, shear stress distribution of rock bolt , shear stress distribution of iface between anchoring agent and rock, and the relationship of Energy Transfer among this three aspects. We simulateσ_z distributing of excavating different length every time ,have or no remain roof coal,inatall different disposal of cable and pilot method by FLAC3D,obation some conciliations. All this provide the theory reference for fully-mechanized fast driving for large cross section coal roadway, establish theory base, and have certain instruction function for the engineering practice,obtain good technique result and product in a very significant economic effect.
The paper, combining the gateway of E2-1305 coal face of Liu zhuang coal mine, has done the research to t fully-mechanized fast driving for large cross section coal roadway. Analysis approach get viscous-elasticity analytical solutions of roadway in deep supporting craft process . The Shape of Section of mining roadway and the relational parameters of the cable are decided by FLAC2D. Through theoretical analysis and numerical simulation, we obtained axial force distribution of rock bolt, shear stress distribution of rock bolt , shear stress distribution of iface between anchoring agent and rock, and the relationship of Energy Transfer among this three aspects. We simulateσ_z distributing of excavating different length every time ,have or no remain roof coal,inatall different disposal of cable and pilot method by FLAC3D,obation some conciliations. All this provide the theory reference for fully-mechanized fast driving for large cross section coal roadway, establish theory base, and have certain instruction function for the engineering practice,obtain good technique result and product in a very significant economic effect.
引文
[1]王金平.煤炭科技发展现状及前瞻[J].煤炭企业管,2004,(特刊).2004.1
[2]陈庆敏等.煤巷锚杆支护新理论与设计方法[J].矿山压力与顶板管理2002(1):12-15.
[3]谭云亮,刘传孝.巷道围岩稳定性预测与控制[M].北京:中国矿业大学出版社,1999年,183-230.
[4]钱鸣高.刘听成.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭工业出版社,1991
[5]刘增辉.大断面煤巷锚固参数的数值与物理模拟研究[D]:[硕士学位论文].山西:太原理工大学矿业工程系,2005
[6]何满潮等.大断面软岩巷道耦合支护技术研究[J].矿山压力与顶板管理,2005(4)
[7]万志军,周楚良 等.软岩巷道围岩非线性流变数学力学模型[J].中国矿业大学学报,2004,33(4):468-471
[8]赵庆彪,马念杰.煤巷小孔径预应力锚索的工程特性分析[J].煤炭科学技术,2004,32(11):9-11
[9]万志军,周楚良等.巷道支架围岩相互作用的流变模型[J].矿山压力与顶板管理,2004(4):50-52
[10]彭苏萍,王希良等.“三软”煤层巷道围岩流变特性试验研究[J].煤炭学报,2001,26(2):149-152
[11]童义学.工作面巷道高强度锚杆、锚索联合支护技术.煤炭科学技术[J],2005,33(10):28-30
[12]何思明,李新坡.预应力锚杆作用机制研究[J].岩石力学与工程学报,2006,25(9):1876-1880
[13]孙晓明,何满潮等.煤矿软岩巷道耦合支护技术研究[J].地球学报,2003,24(增):156-161
[14]孙统立,肖志乔.任意岩石锚杆计算模型及其算法[J].地下空间与工程学报.2006,2(2):221-224
[15]宋振骐等.实用矿山压力控制[M],中国矿业大学出版社,1989
[16]张农,高明仕,许兴亮.煤巷预拉力支护体系及其工程应用[J].矿山压力与顶板管理,2002(4):1-4,7
[17]柏建彪,侯朝炯.深部巷道围岩控制原理与应用研究[J].中国矿业大学学报,2006,35(2):145-148
[18]谭云亮,刘传孝.巷道围岩稳定性预测与控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1999
[19]赵庆彪,侯朝炯,马念杰.煤巷锚杆-锚索支护互补原理及其设计方法[J].中国矿业大学学报,2005,34(4):490-493
[20]张农,高明仕.煤巷高强预应力锚杆支护技术与应用[J].中国矿业大学学报,2004,33(5): 524-527
[21]李大伟,侯朝炯.锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学计算与应用[J].西安科技大学学报,2006,26(1):20-23
[22]侯朝炯.煤巷锚杆支护的关键理论与技术[J].矿山压力与顶板管理,2002(1):2-10
[23]侯朝炯等.煤巷锚杆支护[M].中国矿业大学出版社,1999.2
[24]董方庭,宋宏伟等.巷道围岩松动圈支护理论[J],煤炭学报1994,19(1):21-32
[25]漆泰岳,陆士良.锚杆单元模型及其应用[J],中国矿业大学学报,2003,32(5):524-529
[26]陆士良.高阻力全长锚固锚杆围岩控制的机理和效果[J].煤炭科学技术,1999,(7):37-39,54
[27]陆士良,付国彬,汤雷.采动巷道岩体变形与锚杆锚固力变化规律[J].中国矿业大学学报,1999,28(3):201-203
[28]漆泰岳.强初撑急增阻高阻力锚杆的支护机理[J].中国矿业大学学报,2000,29(1):5-8
[29]刘波 韩彦辉(美国).FLAC原理、实例与应用指南.北京:人民交通出版社,2005.9
[30]徐芝纶.弹性力学[M].北京:高等教育出版社,1990.1-7,83-85,153-156.
[31]李通林,谭学术,刘传伟.矿山岩石力学[M].重庆:重庆大学出版社,1991.138-141
[32]王泽进,鞠文君.我国锚杆支护技术的新进展.煤炭科学技术[J],2000.9.4-6.
[33]王卫军.回采巷道煤帮锚杆支护可靠性分析[J].岩石力学与工程学报[J],2001,20(6):813-816
[34]勾攀峰,侯朝炯.回采巷道锚杆支护顶板稳定性分析[J].煤炭学报,1999,24(5):466-470
[35]耿养谋,马植胜,刘庚.煤层巷道锚杆支护稳定性数值模拟研究[J].辽宁工程技术大学学报,2004,23(1):44-46
[36]王金华.我国煤巷机械化掘进机现状及锚杆支护技术.煤炭科学技术,2004.32(1)
[37]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
[38]李建胜.MQT系列气动锚杆(锚索)钻机的性能与应用.煤矿机械,2003(4)
[39]战玉宝.锚固体应力分布的试验及数值模拟研究[D]:[硕士学位论文].山东:山东科技大学土木工程系,2005
[40]于贵良,乔中栋.大断面煤体硐室分部综掘及锚网喷支护施工技术.煤矿开采.2006,11(4)
[41]高升峰等.锚网喷支护在软煤底板层大断面综掘中的应用.煤炭技术.vol.25 No.7
[42]刘泉声,张华,林涛.煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策[J].岩石力学与工程学报,2004,23(21)
[43]冯尚辉,李奎来.大断面岩巷长距离分层快速掘进技术.煤矿开采,vol.11 No.4.2006.8
[44]王丛书,杨本水,王宝贤.大断面特软顶板煤巷锚杆支护技术[J].建井技术, 2005,26(1):14-16,36
[45]王晓利,张柯.鼓形断面及差异锚杆在大跨度破碎煤巷支护中的应用研究[J].建井技术,2004,25(4):20-22,13
[46]H.Copur,H.Tuncdemir,N.Bilgin and T.Dinner,Specific energy as a criterion for the use of rapid excavation systems in Turkish mines[J].Trans.Instn Min.Metall.(Sect.A:Min.technol.),110,September-December 2001:A 149-157
[47]S.K.Sharma,Ashok Jaiswal,and B.K.Shrivastva.Roof Support Design of an Underground Coal Mine.Coal International,July/August 2006:14-18
[48]Vijay Shankar Jaipal,Achyuta Krishna Ghosh,S.Bhandari,Ashwani Kumar,Chandrani D.Prasad.Selection of a Techno-Economically Optimum Roof Bolting System for Development Roadways of Indian Underground Coal Mines.A Scientific Approach.Coal International March/April 2005:56-62
[49]Christopher Mark,Chief,Gregory M.Molinda,Dennis R.Dolinar,NIOSH.Analysis of Roof Bolt Systems.Coal International January/February 2005:28-34
[50]Jez Leeming,Stephen Flook,Peter Althounyan.Bolter Miners For Longwail Development.Coal Internationnal/Mining&Quarry World July/August 2001:179-182
[51]勾攀峰,侯朝炯.锚固岩体强度强化的实验研究[J].重庆大学学报(自然科学版),2000,23(3):35-39
[52]侯朝炯,勾攀峰.巷道锚杆支护围岩强度强化机理研究[J].岩石力学与工程学报,2000,19(3):342-345
[53]高明中,段绪华.锚固体梁的失稳破坏形式分析[J].建井技术,1999,20(4)22-24,27
[54]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
[55]高明中.锚固体梁的弯曲突变失稳问题分析[J].岩土力学,2004,25(8):1267-1270
[56]董方庭.巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[M],煤炭工业出版社,2001
[57]马念杰,曹树刚,官山月.螺纹钢锚杆直径与钻孔直径的合理匹配[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2000,19(5):474-477
[58]杨振茂,马念杰,官山月,孔恒.锚杆钻孔、杆体、树脂卷直径的合理匹配[J].岩石力学与工程学报,2003,22(4):659-663
[59]尤春安.锚固体应力传递机理理论及应用研究[D]:[博士学位论文].山东:山东科技大学.2004
[60]B A Cacill,Very high capacity ground anchors used in strengthening concrete gravity dam,Proc.Ground Anchorages and Anchored Structurees,London:Thomasa Teford,1997
[61]谢文兵,陈晓祥,郑百生.采矿工程问题数值模拟研究与分析[M].徐州:中国矿业大学出版社.2005
[62]郑重元,黄乃炯.树脂锚杆及锚固剂[M].北京:煤炭工业出版社,1983,125-136
[63]程良奎,张作眉,杨志银.岩土加固实用技术[M].北京:地震出版社,1994,16-55
[64]朱维申,任伟中;船闸边坡节理岩体锚固效应的模型试验研究[J].岩石力学与工程学报,2001,20(5):720-725
[65]煤炭科学研究总院北京开采所,国外锚杆支护技术译文集[M].1997.06
[66]何炳银,王珏.沿空巷道锚杆与锚索破断的调查分析[J].矿山压力与顶板管理,2005,(01):55-58
[67]高明中.大断面切眼锚索支护技术实践.淮南工业学院学报(自然科学版),2001.6,21(2)9-11
[68]程桦等.粘弹性围岩复合式隧道衬砌解析解.淮南矿业学院学报(自然科学版),1996,16(3)22-29
[69]高明中.粘弹性围岩弧板支护的解析解.煤炭学报,1999,24(1)34-38
[70]焦春茂,吕爱钟.粘弹性圆形巷道支护结构上的载荷及其围岩应力的解析解.岩土力学,2004.9,25(增刊)103-105
[2]陈庆敏等.煤巷锚杆支护新理论与设计方法[J].矿山压力与顶板管理2002(1):12-15.
[3]谭云亮,刘传孝.巷道围岩稳定性预测与控制[M].北京:中国矿业大学出版社,1999年,183-230.
[4]钱鸣高.刘听成.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭工业出版社,1991
[5]刘增辉.大断面煤巷锚固参数的数值与物理模拟研究[D]:[硕士学位论文].山西:太原理工大学矿业工程系,2005
[6]何满潮等.大断面软岩巷道耦合支护技术研究[J].矿山压力与顶板管理,2005(4)
[7]万志军,周楚良 等.软岩巷道围岩非线性流变数学力学模型[J].中国矿业大学学报,2004,33(4):468-471
[8]赵庆彪,马念杰.煤巷小孔径预应力锚索的工程特性分析[J].煤炭科学技术,2004,32(11):9-11
[9]万志军,周楚良等.巷道支架围岩相互作用的流变模型[J].矿山压力与顶板管理,2004(4):50-52
[10]彭苏萍,王希良等.“三软”煤层巷道围岩流变特性试验研究[J].煤炭学报,2001,26(2):149-152
[11]童义学.工作面巷道高强度锚杆、锚索联合支护技术.煤炭科学技术[J],2005,33(10):28-30
[12]何思明,李新坡.预应力锚杆作用机制研究[J].岩石力学与工程学报,2006,25(9):1876-1880
[13]孙晓明,何满潮等.煤矿软岩巷道耦合支护技术研究[J].地球学报,2003,24(增):156-161
[14]孙统立,肖志乔.任意岩石锚杆计算模型及其算法[J].地下空间与工程学报.2006,2(2):221-224
[15]宋振骐等.实用矿山压力控制[M],中国矿业大学出版社,1989
[16]张农,高明仕,许兴亮.煤巷预拉力支护体系及其工程应用[J].矿山压力与顶板管理,2002(4):1-4,7
[17]柏建彪,侯朝炯.深部巷道围岩控制原理与应用研究[J].中国矿业大学学报,2006,35(2):145-148
[18]谭云亮,刘传孝.巷道围岩稳定性预测与控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1999
[19]赵庆彪,侯朝炯,马念杰.煤巷锚杆-锚索支护互补原理及其设计方法[J].中国矿业大学学报,2005,34(4):490-493
[20]张农,高明仕.煤巷高强预应力锚杆支护技术与应用[J].中国矿业大学学报,2004,33(5): 524-527
[21]李大伟,侯朝炯.锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学计算与应用[J].西安科技大学学报,2006,26(1):20-23
[22]侯朝炯.煤巷锚杆支护的关键理论与技术[J].矿山压力与顶板管理,2002(1):2-10
[23]侯朝炯等.煤巷锚杆支护[M].中国矿业大学出版社,1999.2
[24]董方庭,宋宏伟等.巷道围岩松动圈支护理论[J],煤炭学报1994,19(1):21-32
[25]漆泰岳,陆士良.锚杆单元模型及其应用[J],中国矿业大学学报,2003,32(5):524-529
[26]陆士良.高阻力全长锚固锚杆围岩控制的机理和效果[J].煤炭科学技术,1999,(7):37-39,54
[27]陆士良,付国彬,汤雷.采动巷道岩体变形与锚杆锚固力变化规律[J].中国矿业大学学报,1999,28(3):201-203
[28]漆泰岳.强初撑急增阻高阻力锚杆的支护机理[J].中国矿业大学学报,2000,29(1):5-8
[29]刘波 韩彦辉(美国).FLAC原理、实例与应用指南.北京:人民交通出版社,2005.9
[30]徐芝纶.弹性力学[M].北京:高等教育出版社,1990.1-7,83-85,153-156.
[31]李通林,谭学术,刘传伟.矿山岩石力学[M].重庆:重庆大学出版社,1991.138-141
[32]王泽进,鞠文君.我国锚杆支护技术的新进展.煤炭科学技术[J],2000.9.4-6.
[33]王卫军.回采巷道煤帮锚杆支护可靠性分析[J].岩石力学与工程学报[J],2001,20(6):813-816
[34]勾攀峰,侯朝炯.回采巷道锚杆支护顶板稳定性分析[J].煤炭学报,1999,24(5):466-470
[35]耿养谋,马植胜,刘庚.煤层巷道锚杆支护稳定性数值模拟研究[J].辽宁工程技术大学学报,2004,23(1):44-46
[36]王金华.我国煤巷机械化掘进机现状及锚杆支护技术.煤炭科学技术,2004.32(1)
[37]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
[38]李建胜.MQT系列气动锚杆(锚索)钻机的性能与应用.煤矿机械,2003(4)
[39]战玉宝.锚固体应力分布的试验及数值模拟研究[D]:[硕士学位论文].山东:山东科技大学土木工程系,2005
[40]于贵良,乔中栋.大断面煤体硐室分部综掘及锚网喷支护施工技术.煤矿开采.2006,11(4)
[41]高升峰等.锚网喷支护在软煤底板层大断面综掘中的应用.煤炭技术.vol.25 No.7
[42]刘泉声,张华,林涛.煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策[J].岩石力学与工程学报,2004,23(21)
[43]冯尚辉,李奎来.大断面岩巷长距离分层快速掘进技术.煤矿开采,vol.11 No.4.2006.8
[44]王丛书,杨本水,王宝贤.大断面特软顶板煤巷锚杆支护技术[J].建井技术, 2005,26(1):14-16,36
[45]王晓利,张柯.鼓形断面及差异锚杆在大跨度破碎煤巷支护中的应用研究[J].建井技术,2004,25(4):20-22,13
[46]H.Copur,H.Tuncdemir,N.Bilgin and T.Dinner,Specific energy as a criterion for the use of rapid excavation systems in Turkish mines[J].Trans.Instn Min.Metall.(Sect.A:Min.technol.),110,September-December 2001:A 149-157
[47]S.K.Sharma,Ashok Jaiswal,and B.K.Shrivastva.Roof Support Design of an Underground Coal Mine.Coal International,July/August 2006:14-18
[48]Vijay Shankar Jaipal,Achyuta Krishna Ghosh,S.Bhandari,Ashwani Kumar,Chandrani D.Prasad.Selection of a Techno-Economically Optimum Roof Bolting System for Development Roadways of Indian Underground Coal Mines.A Scientific Approach.Coal International March/April 2005:56-62
[49]Christopher Mark,Chief,Gregory M.Molinda,Dennis R.Dolinar,NIOSH.Analysis of Roof Bolt Systems.Coal International January/February 2005:28-34
[50]Jez Leeming,Stephen Flook,Peter Althounyan.Bolter Miners For Longwail Development.Coal Internationnal/Mining&Quarry World July/August 2001:179-182
[51]勾攀峰,侯朝炯.锚固岩体强度强化的实验研究[J].重庆大学学报(自然科学版),2000,23(3):35-39
[52]侯朝炯,勾攀峰.巷道锚杆支护围岩强度强化机理研究[J].岩石力学与工程学报,2000,19(3):342-345
[53]高明中,段绪华.锚固体梁的失稳破坏形式分析[J].建井技术,1999,20(4)22-24,27
[54]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
[55]高明中.锚固体梁的弯曲突变失稳问题分析[J].岩土力学,2004,25(8):1267-1270
[56]董方庭.巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[M],煤炭工业出版社,2001
[57]马念杰,曹树刚,官山月.螺纹钢锚杆直径与钻孔直径的合理匹配[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2000,19(5):474-477
[58]杨振茂,马念杰,官山月,孔恒.锚杆钻孔、杆体、树脂卷直径的合理匹配[J].岩石力学与工程学报,2003,22(4):659-663
[59]尤春安.锚固体应力传递机理理论及应用研究[D]:[博士学位论文].山东:山东科技大学.2004
[60]B A Cacill,Very high capacity ground anchors used in strengthening concrete gravity dam,Proc.Ground Anchorages and Anchored Structurees,London:Thomasa Teford,1997
[61]谢文兵,陈晓祥,郑百生.采矿工程问题数值模拟研究与分析[M].徐州:中国矿业大学出版社.2005
[62]郑重元,黄乃炯.树脂锚杆及锚固剂[M].北京:煤炭工业出版社,1983,125-136
[63]程良奎,张作眉,杨志银.岩土加固实用技术[M].北京:地震出版社,1994,16-55
[64]朱维申,任伟中;船闸边坡节理岩体锚固效应的模型试验研究[J].岩石力学与工程学报,2001,20(5):720-725
[65]煤炭科学研究总院北京开采所,国外锚杆支护技术译文集[M].1997.06
[66]何炳银,王珏.沿空巷道锚杆与锚索破断的调查分析[J].矿山压力与顶板管理,2005,(01):55-58
[67]高明中.大断面切眼锚索支护技术实践.淮南工业学院学报(自然科学版),2001.6,21(2)9-11
[68]程桦等.粘弹性围岩复合式隧道衬砌解析解.淮南矿业学院学报(自然科学版),1996,16(3)22-29
[69]高明中.粘弹性围岩弧板支护的解析解.煤炭学报,1999,24(1)34-38
[70]焦春茂,吕爱钟.粘弹性圆形巷道支护结构上的载荷及其围岩应力的解析解.岩土力学,2004.9,25(增刊)103-105