厚煤层综放沿空大跨度开切眼支护技术研究与应用
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摘要
厚煤层综放沿空大跨度开切眼具有沿空侧煤柱因采动影响而严重损伤、跨度大、围岩主要为煤层、支护难度大的特点。目前沿空大跨度开切眼还没有形成完整的支护体系,亟待研究科学合理的支护方式,确保其支护安全可靠。
     本文以鲍店煤矿为原型,采用离散元数值模拟、物理模拟、理论分析、现场试验研究等方法,对厚煤层综放沿空大跨度开切眼围岩稳定性、合理煤柱尺寸、顶板结构、支护原理、合理支护方式及参数进行了综合研究。
     对厚煤层综放沿空大跨度开切眼围岩稳定性进行离散元数值模拟分析知:煤柱尺寸、支护方式及支护参数对开切眼围岩稳定性有较大影响。随煤柱尺寸的增加,开切眼所处的应力环境逐渐由应力降低区向应力峰值区再向原岩应力区转变;随支护方式改变,围岩整体受力结构将发生变化,当采用锚网桁架锚索支护方式后,顶板形成“挤压加固梁”,提高了围岩承载能力;随顶板锚杆支护间距的加大,围岩稳定性减弱,“挤压加固梁”的承载能力降低。
     通过对开切眼覆岩结构的物理模拟可以看出:随采场工作面推进,采动覆岩中下位岩层形成了许多以“空间小结构”为主的块体,上位岩层则形成了许多以“空间大结构”为主的块体:“大顶”来压时,老顶破断形成阶梯状岩层结构,来压强度大,影响范围广;应用锚网桁架锚索支护后,开切眼围岩整体稳定。
     对开切眼合理位置和支护技术进行理论分析认为:开切眼掘进后,支承压力呈“驼峰”状分布,而开切眼掘进前后支承压力峰值出现的位置和数值变化甚小;锚网支护使开切眼顶板较松散煤岩层和弱面形成“承载梁”,在此基础上加打桁架锚索,增加了梁的厚度和承载能力,而且将下位“挤压梁”固定到深部稳定岩层中,从而有效控制了围岩变形。
     经过现场试验研究表明,开切眼顶板煤岩层力学平衡拱结构的稳定性对于开切眼的稳定具有很大的影响,采用锚网桁架锚索支护后,顶板形成了一个弯曲厚板,由压缩层、中性层和拉伸层组成,限制了水平裂纹的贯通与层错发生,锚网桁架锚索支护取得了显著的技术经济效果。
The full-mechanical caving along gob large span length open-off cut in thick seam has own characteristic: the coal pillar along gob has been damages seriously, the span of open-off cut is large, the roof of open-off cut is the coal seam, difficult to support. It has not form the complete supports and protections system at present, and it urgently awaits to research science reasonable supports and protections way to guarantee that its supports and protections is safe and reliable.
     This dissertation set Baodian colliery as the prototype. Using numerical simulation analysis, similar material simulation experiment, theoretical analysis and scene experience, we do research to rock stability, reasonable coal pillar, roof structure, supporting principle, supporting way and parameters.
     Discrete element numerical simulation analysis on the rock movement of open-off cut is being done, and we obtain the following conclusion: the size of pillar, supporting way and parameters has great effects on surrounding rock stability. With the pillar size be larger, the stress area that the roadway be located change from low stress area to peak stress area and final be in original rock stress area; with the supporting way be change, the surrounding rock structure is change, when using cable truss, the roof form "pressing reinforced beam"; cable span more bigger, and surrounding rock stability more weaker.
     It can get some conclusions from the similar material simulation experiment of open-off cut. With working face advancing, the inferior rock of moving rock is forming "space small structure", and superior rock is forming "space large structure"; when "large roof is coming, the basic roof turn into step structure, the pressure and the influence scope is large. When using cable truss, the surrounding rock is steady.
     Theoretical analysis is being done on reasonable position and supporting way of open-off cut. Supporting pressure is assume "the camelback" distribution, the position and the value of the biggest supporting pressure does not have the sweeping change; after using the cable supporting way, and the loosening rock layer and weakness plane form "carrier beam"; and then hits the anchor cable, thickened bar's thickness correspondingly, moreover it make "extrusion beam" fix to the stable rock layer, it is more effective to control the rock distortion.
     Thanks to the scene study, we can see that the stability of surrounding rock balance structure has great influence to open-off cut, when using cable truss, the roof forms bend thick plank, and limiting horizontal crack cut through, cable truss supporting way has obtain great technology and economic result.
引文
[1]程良奎,范景伦,韩军等.岩土锚固[M].北京:中国建筑工业出版社,2003:25-82.
    [2]王泽进,鞠文君.我国煤巷锚杆支护技术的新进展[J].煤炭科学技术,2000,(28):24-27.
    [3]侯朝炯,李学华.综放沿空掘巷围岩大、小结构的稳定性原理[J].煤炭学报,2001,26(01):1-6.
    [4]朱川曲,张道兵,施式亮,缪协兴.综放沿空留巷支护结构的可靠性分析[J].煤炭学报,2006,31(02):141-144.
    [5]石永奎,宋振骐,王崇革.软煤层综放工作面沿空掘巷支护设计[J].岩土力学,2001,22(04):509-512.
    [6]华心祝.我国沿空留巷支护技术发展现状及改进建议[J].煤炭科学技术,2006,(12):78-81.
    [7]何满潮,李乾,蔡健,郭志刚.兴安煤矿深部返修巷道锚网索耦合支护技术[J].煤炭科学技术,2006,(12):1-4.
    [8]吴谦.综采工作面回架通道支护方式的选择[J].煤炭技术,2006,(12):131-132.
    [9]司英脉.轻放工作面切眼的锚索锚杆支护技术[J].煤矿支护,2006,(03):33-37.
    [10]张志桓.复杂应力区小阶段煤柱回采巷道支护形式对比研究[J].煤矿支护,2006,(03):27-30.
    [11]尹建国,苏多云.含水复合顶板沿空顺槽锚梁网+锚索联合支护试验[J].煤矿支护,2006,(03):22-26.
    [12]高子壮.煤巷锚杆支护的应用及发展方向[J].太原管理干部学院学报,2004,53(01):167-168.
    [13]闫莫明,杜瑞君.预应力锚索参数设计与工程应用[J].煤矿支护,2006,(03):10-14.
    [14]周金城.自钻式锚杆支护技术[J].煤矿支护,2006,(02):44-46.
    [15]唐华贵,刘利祥,王贤松.地质构造复杂的大断面硐室支护技术[J].煤矿支护,2006,(02):32-34.
    [16]王贤松.深部大断面软岩巷道联合支护技术[J].煤矿支护,2006,(02):28-29.
    [17]谭海滨,蒋守来。断层破碎带巷道支护技术[J].煤矿支护,2006,(02):22-23.
    [18]杨广祥,朱焕然,吕玉芝.复杂地质条件下的回采巷道联合支护[J].煤矿支 护,2006,(02):17-18.
    [19]杨宝智,马云.浅析近距离煤层开采巷道集中压力显现规律[J].煤矿支护,2006,(02):13-16.
    [20]金志刚,程绪友,李智.高应力区回采巷道的联合支护[J].煤矿支护,2006,(02):10-12.
    [21]曾宪明,范俊奇,汪剑辉等.锚固类结构诸界面剪应力相互作用关系与设计方法问题研究[J].预应力技术,2006,58(05):8-16.
    [22]华心祝,赵少华,朱昊,胡华君.沿空留巷综合支护技术研究[J].岩土力学,2006,(12):2225-2228.
    [23]索永录,李得玺.坚硬煤层大放高综放面顶煤顶板活动特征[J].矿山压力与顶板管理,2002,(1):75-78.
    [24]蒋金泉,秦广鹏,刘传孝.综放沿空巷道围岩系统混沌动力学特征研究[J].岩石力学与工程学报,2006,25(9):1755-1764.
    [25]蒋金泉.采场围岩应力与运动[M].北京:煤炭工业出版社,1993:10-125.
    [26]王元明.孤岛工作面沿空顺槽的矿压监测[J].煤矿支护,2006,(03):18-21.
    [27]宋振骐.实用矿山压力与控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1988:20-85.
    [28]侯朝炯,郭厉生,勾攀峰.煤巷锚杆支护[M].江苏徐州:中国矿业大学出版社,1999:18-96.
    [29]蒋金泉,韩继胜.巷道围岩结构稳定性与控制设计[M].北京:煤炭工业出版社,1999:56-99.
    [30]陈炎光,陆士良冲国煤矿巷道围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994:28-72.
    [31]刘庆顺,袁聚良.采准巷道围岩特性及锚杆支护效应的力学机理[J].河北煤炭,2001,(4):14-15.
    [32]朱浮声,郑雨天.长粘结式锚杆的加固作用分析[J].岩石力学与工程学报,1996,15(4):333-337.
    [33]杨建辉,王育德,杨万斌.煤巷顶板结构类型及锚杆支护设计原则[J].煤矿设计,1999,(12):18-20.
    [34]官山月,马念杰。树脂锚杆锚固失效的力学分析[J].矿山压力与顶板管理,1997,(4):201-203.
    [35]彭立敏,施成华,韩玉华.浅埋隧道地表锚杆预加固的作用机理与分析方法[J].铁道学报,2000,(1):24-27.
    [36]陈洪凯,唐红梅,王蓉等.锚固岩体参数的等效研究方法[J].应用数学与力学,2001,22(8):862-867.
    [37]杨松林,徐卫亚等.锚杆在节理中的加固作用[J].岩土力学,2002,23(5):604-607.
    [38]王泳嘉,邢纪波.离散单元法及其在岩土力学中的应用[M].辽宁沈阳:东北工学院出版社,1991:9-56.
    [39]刘爱华.节理裂隙岩体的离散元计算方法[J].中南工业大学学报,1995,26(4):452-456.
    [40]王泳嘉,陶连金,邢纪波.近距离煤层开采相互作用的离散元模拟研究[J].东北大学学报,1997,18(4):374-377.
    [41]张树光,张向东.离散元在顶板稳定性分析中的应用[J].煤,2000,9(4):15-16.
    [42]张向东,常春等.连续开采下上覆岩层移动的离散元模拟[J].山西矿业学院学报,1997,15(1):20-26
    [43]Itasca Consulting Group,Inc.UDEC(Universal Distinct Element Code),Version 1.02,1986:15-98.
    [44]李世平,吴振业等.岩石力学简明教程[M].北京:煤炭工业出版社,1996:25-102.
    [45]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.
    [46]徐永圻.煤矿开采学[M],江苏徐州:中国矿业大学出版社,1999:12-158.
    [47]朱维申,李术才,陈卫忠.节理岩体破坏机理和锚固效应及工程应用[M],北京:科学出版社,2002;15-48.
    [48]冯保秀,牛宏伟,孙保绪.综放顺槽矿压显现及松动圈特点[J].矿山压力与顶板管理,1996,(4):5-6.
    [49]唐春安,王述红,傅宇方.岩石破裂过程数值试验[M].北京:科学出版社,2003:14-105.
    [50]刘红元,刘建新,唐春安.采动影响下覆岩跨落过程的数值模拟[J].岩土工程学报,2001,23(2):201-204.
    [51]Calder P N Archibald J,Madsen D Bullock K.High Frequency Precursor Analysis Prior to A Rockburst[J].Rockbursts and semicity in mines.Fairhurst(ed),1990.
    [52]李鸿昌.矿山压力的相似模拟试验[M].江苏徐州:中国矿业大学出版社,1987:18-63.
    [53]蒋金泉等.深井近距离煤层特性与上行开采技术研究[M].山东泰安:2002:12-98.
    [54]马其华.长壁采场覆岩“o”型空间结构及相关矿山压力研究[D].山东青岛:山东科技大学,2005:12-55.
    [55]汪华君.四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构运动及控制研究[D],山东青岛:山东科技大学,2005:15-54.
    [56]李伟等.现代化矿井围岩控制技术[M].北京:中国科学技术出版社,2004:14-87.
    [57]于广明,杨伦,苏仲杰等.地层沉陷非线性原理、监测与控制[M].吉林长春:吉林大学出版社,2000:15-58.
    [58]宋振骐,刘义学,陈孟伯,宋扬.岩梁断裂前后的支承压力显现及其应用的探讨[M].北京:煤炭工业部科学技术情报研究所,1986:19-68.
    [59]王贵虎,洪武等.复杂条件下沿空掘巷煤柱宽度的选择[J].煤矿安全,2007,19(3):12-16.
    [60]张清,杜静.岩石力学基础[M].北京:中国铁道大学出版社,1997:22-58.
    [61]钱鸣高,刘听成.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭工业出版社,1984:17-65.
    [62]布霍依诺.矿山压力和冲击地压[M].李玉生译,北京:煤炭工业出版社,1985:5-32.
    [63]Li C Stillborg B.Analytical models for rock bolts[J].Rock Mech Min Science.1999(6):1013-1029.
    [64]C.Sagasseta.A general analytical solution for the required anchor force slopes with toppling failure[J].Rock Mech.Min.Science.2001(3):421.-435.
    [65]张瑞良,董艳军等.预应力锚索锚固段周边剪应力分布特性的弹性理论分析[J].岩石力学与工程学报,2004,23(S2):4735-4738.
    [66]Phillips S.H.E.Factors affecting the design of anchorages in rock[M].London:Cementation Research Ltd,1970.
    [67]杨双锁,康立勋.煤矿巷道锚杆支护研究的总结与展望[J].太原理工大学学报,2002,33(4):376-381.
    [68]孔恒,王梦恕,张成平.基于岩体锚固系统的锚固作用机理认识[J].铁道建筑技术,2002(1):33-35.
    [69]张连勇,郑富德.锚杆的作用力对锚固体力学性质的影响[J].山西煤炭,2002,22(2):9-11.
    [70]杨湖,王成.锚杆围岩系统数学模型的建立及动态相应分析[J].华北工学院测试技术学报,2002,16(1):41-44.
    [71]刘庆顺,袁聚良.采准巷道围岩特性及锚杆支护效应的力学机理[J].河北煤炭.2001,(4):14-15.
    [72]徐年丰,牟春霞,王利.预应力岩锚内锚段作用机理与计算方法探讨[J].长江科学院院报.2002,19(3):45-47.
    [73]张瑞良,董艳军,唐乐人等.预应力锚索锚固段周边剪应力分布特性的弹性理论分析[J].岩石力学与工程学报,2004,23($2):4735-4738.

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