采動動載對煤巷錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性損傷機理研究

煤礦沖擊礦壓等動力災(zāi)害約90%發(fā)生在采掘巷道中，而這些巷道大部分采用錨網(wǎng)索支護(hù)。因此研究錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)動力損傷失穩(wěn)規(guī)律，改善和提高錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)在動力嚴(yán)重巷道的適應(yīng)性具有重要的理論與實用價值。課題采用理論分析、數(shù)值模擬、實驗室試驗和現(xiàn)場測試等手段對巷道錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的動力損傷破壞規(guī)律進(jìn)行了研究。 根據(jù)現(xiàn)場實踐及沖擊案例分析，發(fā)現(xiàn)動載影響巷道支護(hù)系統(tǒng)不僅需要靜抗力，還需具有屈服和讓壓特性，以吸收煤巖體突然破壞過程中釋放的動能，即巷道支護(hù)必須具有高支護(hù)強度、適當(dāng)?shù)淖冃蝿偠燃耙欢ǖ淖寜喝岫取?數(shù)值模擬分析研究了在動載作用下巷道不同方位錨桿的軸力分布規(guī)律，靜載和動載單獨作用和組合作用時錨桿的軸力變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)礦震主要影響靠近震源側(cè)的錨桿單元，錨桿在礦震擾動下發(fā)生破斷大都發(fā)生在錨桿中點及中點靠震源側(cè)位置。 通過研制的動靜組合巷道支護(hù)相似模擬試驗臺，研究了錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖在不同能量動力作用下的破壞規(guī)律，揭示了不同錨固參數(shù)巷道周邊圍巖在動應(yīng)力作用下響應(yīng)特征的差異。錨固效果較差時，錨固區(qū)呈局部突出沖擊破壞形式，巷道周邊圍巖破壞程度較為猛烈；錨固效果較好時，錨固區(qū)呈整體移動破壞，巷道周邊圍巖破壞程度明顯減小；錨固間排距較小時，巷道在動力作用下的自穩(wěn)能力明顯增強；沖擊動能增大，圍巖變形破壞加速度和位移增大，聲發(fā)射事件數(shù)增多。 分析了動載荷作用下錨桿巷道周邊圍巖的響應(yīng)特征，建立了錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖形成的支護(hù)體在動應(yīng)力作用下的力學(xué)模型，提出了在動應(yīng)力波作用下，單次瞬間摧垮破壞和循環(huán)累積損傷破壞時錨固巷道失效破壞的理論判據(jù)。建立了動應(yīng)力作用下錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞的“防沖殼—圍巖失穩(wěn)阻斷”理論。即錨網(wǎng)支護(hù)的強化作用使巷道周邊圍巖形成了一個殼體承載結(jié)構(gòu)；錨網(wǎng)支護(hù)的“柔性功能”可在一定的圍巖變形移動時，保持防沖殼結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，使防沖殼結(jié)構(gòu)對巷道內(nèi)部圍巖起到有效的支撐作用，降低沖擊礦壓的破壞烈度。 2100433B

針對沖擊礦壓、巖爆等礦井動力災(zāi)害造成巷道錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)損傷失效導(dǎo)致巷道破壞和人員傷亡的現(xiàn)象，以復(fù)雜地質(zhì)條件和應(yīng)力條件下的煤層巷道錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)為研究對象，通過理論分析、實驗室試驗研究、數(shù)值模擬分析和現(xiàn)場測試等研究手段，以材料力學(xué)、機械振動力學(xué)、礦山巖體力學(xué)、彈塑性力學(xué)等為理論平臺，對采動動載的動力作用下錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)物理力學(xué)特性、錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖動力作用下的耦合作用機制以及動力作用下的錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)損傷失效條件進(jìn)行研究，揭示動力作用下錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的損傷破壞規(guī)律。.項目研究成果提出動力作用下錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)損傷失效的判別準(zhǔn)則，為解決沖擊動力顯現(xiàn)嚴(yán)重的巷道支護(hù)問題上提供理論支撐和研究方向。

1 緒論

1.1 綜放開采無煤柱護(hù)巷技術(shù)簡介

1.2 小煤柱護(hù)巷技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.3 沿空留巷技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.4 小煤柱護(hù)巷技術(shù)研究工程背景

2 小煤柱護(hù)巷與沿空留巷技術(shù)理論分析

2.1 綜放工作面礦壓顯現(xiàn)的基本規(guī)律

2.2 綜放開采小煤柱護(hù)巷理論分析

2.3 綜放開采沿空留巷理論分析

2.4 小煤柱護(hù)巷與沿空留巷的對比分析

3 小煤柱護(hù)巷與沿空留巷技術(shù)數(shù)值分析

3.1 FLAC3D程序簡介

3.2 數(shù)值模擬模型的建立

3.3 綜放開采小煤柱護(hù)巷的數(shù)值分析

3.4 綜放開采沿空留巷的數(shù)值分析

3.5 小煤柱護(hù)巷與沿空留巷數(shù)值分析

4 綜放開采小煤柱護(hù)巷支護(hù)理論

4.1 小煤柱護(hù)巷工作面端頭支護(hù)理論

4.2 小煤柱護(hù)巷回采巷道支護(hù)理論

5 小煤柱護(hù)巷巷道支護(hù)設(shè)計

5.1 小煤柱護(hù)巷巷道支護(hù)的重要性

5.2 小煤柱護(hù)巷支護(hù)設(shè)計

5.3 小煤柱護(hù)巷技術(shù)的推廣應(yīng)用

6 護(hù)巷小煤柱注漿加固技術(shù)

6.1 注漿加固技術(shù)概述

6.2 護(hù)巷小煤柱注漿加固機理分析

6.3 護(hù)巷小煤柱注漿加固工藝技術(shù)

6.4 護(hù)巷小煤柱注漿加固效果

參考文獻(xiàn)

基于巷內(nèi)充填沿空留巷新技術(shù)方案，針對綜放沿空留巷的特點和難點，綜合運用現(xiàn)代力學(xué)理論和采礦原理，合理利用先進(jìn)的數(shù)值模擬和物理模擬方法，首次將關(guān)鍵層理論引入沿空留巷圍巖穩(wěn)定性控制，建立綜合考慮充填體、煤幫及頂煤變形協(xié)調(diào)的綜放沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，定量計算充填體穩(wěn)定所需的強度和變形量、頂煤的應(yīng)力分布及變形特征，分析綜放沿空留巷圍巖大變形機理，并提出合理的圍巖穩(wěn)定性控制原理。本項目的研究成果不僅可應(yīng)用于厚煤層綜放開采工作面，也可應(yīng)用于中厚煤層工作面；不僅適用于高瓦斯煤層工作面，也適用于低瓦斯高產(chǎn)高效工作面；還可為沿空掘巷和工作面端頭穩(wěn)定性控制提供借鑒。該項研究可為拓寬關(guān)鍵層理論的應(yīng)用領(lǐng)域、深化錨桿支護(hù)機理的認(rèn)識和推廣沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用起到積極的促進(jìn)作用。 2100433B

長期以來，采區(qū)巷道普遍采用留煤柱的方式護(hù)巷，不僅煤炭采出率較低、巷道維護(hù)困難，而且較寬的煤柱在工作面后方形成應(yīng)力集中，使布置在煤柱下方的巖巷或下層煤回采巷道維護(hù)困難，研究沿空留巷實現(xiàn)無煤柱開采具有重要意義。但由于沿空留巷巷旁充填體經(jīng)歷頂板活動持續(xù)時間長、產(chǎn)生應(yīng)力集中度高、動壓影響強烈，充填體與頂板關(guān)鍵塊結(jié)構(gòu)相互作用關(guān)系研究不足，充填體力學(xué)性能設(shè)計不合理導(dǎo)致沿空留巷關(guān)鍵塊結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、圍巖強烈變形甚至報廢的現(xiàn)象時有發(fā)生。因此，本課題以沿空留巷頂板應(yīng)力對巷旁充填體作用為主線，綜合運用多種方法研究分析，得到以下幾點結(jié)論：1）分析了基本頂破斷與充填體相互作用關(guān)系，建立了沿空留巷關(guān)鍵塊結(jié)構(gòu)三維力學(xué)模型，研究得到了該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀況與充填體力學(xué)性能的關(guān)系及影響規(guī)律；2）研究了充填體應(yīng)具備早凝、快速增阻、良好變形性能和后期強度高的力學(xué)性能，分析了充填體變形特征、塑性區(qū)演化規(guī)律及承載變化規(guī)律，得到了充填體變形與承載的主要影響因素及效應(yīng)；3）分析了側(cè)向約束力與塑性狀態(tài)充填體的相互作用關(guān)系，揭示了充填體穩(wěn)定機理，開發(fā)了保持塑性狀態(tài)充填體穩(wěn)定的預(yù)應(yīng)力控制方法，同步實現(xiàn)充填和加固充填體，增加了充填體的承載能力和抗橫向變形能力。通過開展本項目研究，對于揭示充填體的變形機理具有重要意義，研究成果可為沿空留巷巷旁充填體力學(xué)參數(shù)的確定與充填體穩(wěn)定性控制提供基礎(chǔ)依據(jù)。 2100433B