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地下工程沿空巷道隔离煤墙矿压研究

作　者: 李圣岩
导　师: 惠兴田
学　校: 西安科技大学
专　业: 岩土工程
关键词: 沿空掘巷支承压力分布矿压显现规律煤柱宽度数值模拟
分类号: TD322
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 28次
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内容摘要

沿空掘巷可以大幅度提高煤炭回采率，节约煤炭资源，是矿井建设的发展方向。而煤柱荷载、煤柱尺寸和巷道支护方式是决定沿空掘巷成败的关键因素。本文结合煤柱荷载理论与被动支护时沿空掘巷的矿压显现，从巷道受力合理的角度指出沿空掘巷应不留煤柱，当需要留煤柱隔离采空区时，若采用被动支护，只能尽量减小煤柱尺寸，不能充分发挥煤柱的隔离作用，而且巷道难以维护。利用现有的理论分析锚杆支护对窄煤柱的加固机理，指出锚杆支护提高了煤柱的承载能力，使煤柱有效分担了巷道顶板转移来的矿压，这是采用锚杆支护的窄煤柱沿空掘巷安全稳定的根本原因，并提出锚杆支护的设计原则。经过理论分析，阐述了沿空掘巷采用锚杆支护时的煤柱宽度的选取方法。提出了在锚杆支护的前提下，沿空巷道开掘后，在煤柱和实体煤帮中各存在一个支承压力峰值点，并用MIDAS/GTS数值模拟软件进行了验证。本文基于自稳隐形拱理论对朱家河煤矿14520工作面沿空巷道进行了锚杆支护设计，在此支护参数基础上对护巷煤柱宽度进行数值模拟优化，并结合煤柱尺寸计算公式，确定其合理窄煤柱宽度。通过分析巷道掘进过程中监测结果可知，隔离煤柱起到了很好的护巷作用，巷道围岩安全稳定，对浅埋中厚煤层的沿空掘巷工程具有指导意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-15
  1.1 论文研究背景及意义  9-10
    1.1.1 论文研究背景  9-10
    1.1.2 研究意义  10
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  10-13
    1.2.1 煤柱承受荷载的研究  10-11
    1.2.2 沿空掘巷护巷煤柱尺寸的研究  11-12
    1.2.3 锚杆支护技术及原理的研究  12-13
  1.3 主要研究内容及研究方法  13-15
    1.3.1 主要研究内容  13-14
    1.3.2 研究方法  14
    1.3.3 技术路线  14-15
2 采空区边缘煤体应力分布  15-23
  2.1 原岩应力的探讨  15
  2.2 采空区边缘煤柱支承压力分布规律  15-22
    2.2.1 一侧采空煤柱支承压力分布  15-17
    2.2.2 两侧采空煤柱支承压力分布  17
    2.2.3 支承压力峰值位置的确定  17-22
  2.3 本章小结  22-23
3 沿空掘巷煤柱尺寸的研究  23-28
  3.1 沿空掘巷的适用条件  23-24
    3.1.1 地质因素  23
    3.1.2 技术因素  23-24
  3.2 被动支护下沿空掘巷的矿压显现  24-26
    3.2.1 完全沿采空区掘巷的矿压显现  24-25
    3.2.2 留窄煤柱沿空掘巷矿压显现  25-26
  3.3 窄煤柱的承载能力  26
  3.4 两种沿空掘巷方式的选择  26-27
  3.5 本章小结  27-28
4 锚杆支护对沿空掘巷技术的影响  28-42
  4.1 锚杆的作用  28
  4.2 自稳隐形拱理论对沿空巷道稳定的解释  28-32
    4.2.1 锚杆对巷道顶部的支护原理  29-31
    4.2.2 锚杆对巷道帮部的支护原理  31
    4.2.3 窄煤柱沿空掘巷围岩稳定的原因  31-32
  4.3 窄煤柱沿空掘巷锚杆支护技术要点  32-34
    4.3.1 锚杆设计要点  32-33
    4.3.2 锚索设计要点  33
    4.3.3 钢带设计要点  33-34
  4.4 采用锚杆支护时的窄煤柱宽度选择  34-35
  4.5 采用锚杆支护的窄煤柱沿空掘巷矿压显现  35-41
    4.5.1 MIDAS/GTS数值模拟软件简介  36
    4.5.2 模型建立  36-38
    4.5.3 模拟结果及分析  38-41
  4.6 本章小结  41-42
5 工程实例  42-65
  5.1 工作面基本状况  42-44
  5.2 地质概况  44
    5.2.1 地质构造及围岩特征  44
    5.2.2 决定沿空掘巷方式的地质因素  44
  5.3 巷道断面设计  44-45
  5.4 巷道支护设计参数  45-48
    5.4.1 确定巷道围岩不稳定区域  45-46
    5.4.2 主要支护材料设计参数  46-48
  5.5 顺槽锚网索整体布置  48-49
    5.5.1 顺槽断面锚网索布置  48
    5.5.2 顺槽顶板锚网索布置  48-49
    5.5.3 实体煤帮部锚网索布置  49
    5.5.4 煤柱侧帮部锚网索布置  49
  5.6 煤柱宽度确定  49-60
    5.6.1 极限平衡理论计算合理小煤柱宽度  50
    5.6.2 数值模拟计算煤柱最优宽度  50-60
  5.7 朱家河 14520 沿空掘巷监测  60-64
    5.7.1 监测目标及内容  60
    5.7.2 监测设计原则  60-61
    5.7.3 监测设计方案  61-62
    5.7.4 监测结果及分析  62-64
  5.8 本章小结  64-65
6 结论与展望  65-66
  6.1 结论  65
  6.2 展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-69

地下工程沿空巷道隔离煤墙矿压研究

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