特厚煤层巷道顶板变形机理与控制技术
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摘要
为解决特厚煤层巷道顶板服务期间频繁出现的突发性大面积垮冒难题，本文对特厚煤层巷道顶板变形机理开展了深入研究，并提出了合理有效的控制技术。结合数值模拟方法和大量现场调研探讨了特厚煤层顶板变形特性和灾变机理；研究了特厚煤层顶板离层本质、发生条件及形成机理；结合数值模拟和正交设计方法对影响特厚煤层顶板离层的15个因素合计50个方案进行模拟研究，确定离层关键因素；提出了以控制特厚煤层离层变形发展为核心的“多支护结构体”系统，建立多组力学模型，透彻分析系统在顶板内形成的3种结构机理，推导了厚煤层顶板锚杆安全支护力、锚索桁架预紧力等关键参数计算式；提出了“横纵交叉型”离层监测方法和“离层类”顶板支护安全性综合判定指标，综合现场监测和层次分析法，得出回采过程中特厚煤层顶板离层演化规律、顶板安全性评价因子及顶板安全分区，并成功开发一套顶板安全性判定系统；将上述研究成果运用于现场典型煤巷的监测和顶板支护安全性检验，取得了良好的社会和经济效益。
In order to solve the frequent and sudden collapse problem in a large area of the roadway withextra thick coal seam, the roof deformation mechanism of this kind of roadway is studied in detailand a proper and effective controlling technology is put forward. The numerical simulation and insitu observation methods are combined to analyze the deformation characteristics and brokenprocess. The roof abscission reason, occurrence conditions, formation mechanism are thenresearched, and the key influence factors are determined from15influenced factors and a total of50designs in combination with numerical simulation and orthogonal design methods. Acombination support system called “Lots of support structure”(LSS) to reduce the development ofthe roof abscission is proposed, and then the corresponding mechanical models are built to analyzethree structural mechanism inside the roof, and the key parameters calculation formulas such assafety bolt supporting force, pre-tightening force of the cable truss are deduced. The monitoringmethod named “horizontal-vertical crossing”(HVC) and comprehensive index “abscissioncategory”(AC) are respectively proposed. Combined with the in-site monitoring results and AHPanalyzing methods, the roof evolution characteristics in the stage of work face mining, evaluationindex and safety range are obtained, and then a set of roof safety evaluation system is developed inJava language program. The research achieves have been applied to the typical roadways tomonitor or safety verification of the roof supporting and have brought social and finical benefits.
In order to solve the frequent and sudden collapse problem in a large area of the roadway withextra thick coal seam, the roof deformation mechanism of this kind of roadway is studied in detailand a proper and effective controlling technology is put forward. The numerical simulation and insitu observation methods are combined to analyze the deformation characteristics and brokenprocess. The roof abscission reason, occurrence conditions, formation mechanism are thenresearched, and the key influence factors are determined from15influenced factors and a total of50designs in combination with numerical simulation and orthogonal design methods. Acombination support system called “Lots of support structure”(LSS) to reduce the development ofthe roof abscission is proposed, and then the corresponding mechanical models are built to analyzethree structural mechanism inside the roof, and the key parameters calculation formulas such assafety bolt supporting force, pre-tightening force of the cable truss are deduced. The monitoringmethod named “horizontal-vertical crossing”(HVC) and comprehensive index “abscissioncategory”(AC) are respectively proposed. Combined with the in-site monitoring results and AHPanalyzing methods, the roof evolution characteristics in the stage of work face mining, evaluationindex and safety range are obtained, and then a set of roof safety evaluation system is developed inJava language program. The research achieves have been applied to the typical roadways tomonitor or safety verification of the roof supporting and have brought social and finical benefits.
引文
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