發(fā)布時(shí)間：2020-04-06 14:01

【摘要】：本研究綜合運(yùn)用理論分析、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法,研究了寺家莊礦沿空掘巷實(shí)煤體幫產(chǎn)生大變形原因,并提出相應(yīng)的控制技術(shù)方案。理論研究成果在寺家莊礦15106工作面回風(fēng)巷成功進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。研究主要取得以下結(jié)論:根據(jù)彈塑性交界處理論和最大彎矩理論分別計(jì)算沿空巷道側(cè)向基本頂?shù)钠茢辔恢?彈塑性交界理論計(jì)算基本頂斷裂位置距離采空區(qū)側(cè)4.5m,根據(jù)寺家莊礦7m煤柱沿空掘巷計(jì)算得斷裂位置處于煤柱上方。最大彎矩理論計(jì)算基本頂最大彎矩位置距離采空區(qū)側(cè)12m-15m,基本頂破斷處于巷道或?qū)嵜后w上方。通過(guò)UDEC數(shù)值模擬軟件分析基本頂在三種不同斷裂位置下的巷幫煤體的穩(wěn)定性,分析三種斷裂位置的巷幫煤體變形特征。并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況認(rèn)為寺家莊礦出現(xiàn)實(shí)體煤幫大變形的原因是基本頂斷裂位置處于實(shí)煤體幫。分析在不同影響因素下基本頂彎矩的變化情況。分析了掘巷前掘巷后煤柱和實(shí)煤體支承壓力分布,最大主應(yīng)力云分布和變化情況。當(dāng)基本頂斷裂位置處于實(shí)煤體上方時(shí),上覆關(guān)鍵塊對(duì)實(shí)體煤幫造成的高應(yīng)力擠壓區(qū)是造成實(shí)體煤幫大變形的主要原因,且隨著支承壓力峰值向?qū)嵜后w內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)移而始終存在。在巷道內(nèi)布置鉆孔,窺視上方頂板破斷情況,分析基本頂破斷位置。并提出了相應(yīng)的實(shí)體煤幫控制思路,最終選擇加強(qiáng)實(shí)煤體幫支護(hù)強(qiáng)度來(lái)控制實(shí)煤體幫大變形。根據(jù)相應(yīng)的控制思路提出錨桿+錨索+W鋼帶+鋼筋梯子梁+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)形式,并通過(guò)數(shù)值模擬和鉆孔窺視確定相關(guān)支護(hù)參數(shù),并與礦方原始支護(hù)方案進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證支護(hù)方案的可行性。
【圖文】：

（c）巷道頂板下沉 （d）巷道幫部錨桿支護(hù)失效圖 1-1 15106 回風(fēng)巷巷內(nèi)變形情況及支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞Figure 1-1 Deformation of 15106 return air alley and damage of supporting structure1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀（Research status at home and abroad）1.2.1 沿空掘巷覆巖結(jié)構(gòu)特征及穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀巷道上方和工作面上覆巖層為相同覆巖結(jié)構(gòu)，沿空掘巷巷道穩(wěn)定性受到上區(qū)段工作面上覆巖層破斷特征和本工作面回采覆巖破壞特征影響，其有自生的變形規(guī)律和應(yīng)力變化規(guī)律。國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)和理論分析對(duì)沿空巷道上覆巖層活動(dòng)規(guī)律做了諸多研究。提出了上覆巖層的關(guān)鍵塊理論，基本頂及關(guān)鍵塊的斷裂規(guī)律，S-R 穩(wěn)定性原理等[10-14]。錢鳴高[10]院士經(jīng)過(guò)多年的研究探索提出了“砌體梁結(jié)構(gòu)”。工作面回采過(guò)程中，上覆基本頂達(dá)到極限跨距之后，上覆基本頂發(fā)生首次垮落破斷后的基本頂呈現(xiàn) O-X 破斷特征，破斷后的基本頂通過(guò)水平方向的擠壓力和縱向摩擦力咬合在一塊，形成暫時(shí)平衡的“砌體梁結(jié)構(gòu)”。

2.1.1 生產(chǎn)地質(zhì)條件陽(yáng)煤集團(tuán)寺家莊礦位于山西省晉中市昔陽(yáng)縣寺家莊村，距離昔陽(yáng)縣城 8km地理位置：東經(jīng) 113°32′09″-113°39′27″，，北緯 37°30′52″-37°40′18″。井田東西寬約 9km，南北長(zhǎng)約 17km，井田面積約 120km2。下圖為陽(yáng)泉地區(qū)井田分布及交通路線。寺家莊礦主采 15#煤，15#煤平均埋深 574m，煤層傾角較小為近水平煤層煤層傾角范圍 0-12°，平均傾角 6.5°，煤層最大厚度 6.9m，最小厚度 3.9m，煤層平均厚度 5.5m。主采 15#煤層地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單整體平緩。寺家莊礦為高瓦斯礦井，15106 工作面瓦斯含量 9-16m3/t，瓦斯相對(duì)涌出量 17-20m3/t，瓦斯壓力0.3-0.74MPa。煤塵有爆炸危險(xiǎn)性，煤層自燃傾向?yàn)棰蝾�，屬于自燃煤層�?5106 工作面為孤島工作面，上下區(qū)段 15108 工作面和 15104 工作面都已經(jīng)回采結(jié)束，采掘平面圖如 2-1 所示。煤層上方直接頂為 5.5m 的泥巖，基本頂為7m 厚粉砂巖，直接底為 6.5m 厚的灰黑色沙質(zhì)泥巖，老底為石灰?guī)r。地質(zhì)柱狀圖如圖 2-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD353

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2616606