煤巷復合頂板變形破壞機理及支護技術研究.pdf

1、由于煤炭開采深度的增加，煤巷復合頂板的離層破碎問題越來越突出，頂板維護越來越困難，甚至出現(xiàn)頂板巖層極度破碎、支架折損嚴重以及巷道斷面收縮嚴重等現(xiàn)象導致工作面無法正?；夭伞Ｈ绾蜗绊?、片幫，有效維護復合頂板和兩幫穩(wěn)定，控制圍巖變形，提高圍巖整體穩(wěn)定性，已成為確保煤礦安全、高效地生產(chǎn)的關鍵，是影響我國煤炭開采向縱深發(fā)展和安全生產(chǎn)的關鍵問題之一。本文通過對前人研究成果進行總結，建立復合頂板模型對其進行破壞機理的分析，根據(jù)所分析的結論進行巷道

2、支護體系的優(yōu)化設計，并應用數(shù)值模擬手段進行評價。本文主要研究內(nèi)容及結論如下：
　　(1)將前人對層狀巖體以及煤巷復合頂板的研究結果進行總結分析，得出煤巷復合頂板各巖層之間受力的一般情況，以及其變形的一般情況。據(jù)此確定本文的研究方向。
　　(2)對煤巷復合頂板的變形破壞機理進行理論方面的分析。將復合頂板巖層簡化為巖梁模型，以單層巖梁為研究對象，應用彈性力學、材料力學等力學理論分析其受荷后內(nèi)部應力的變化情況。經(jīng)過理論計算，得出單

3、層巖梁正應力的表達式，利用極限平衡原則求出巖梁在達到極限應力情況下巖體的破壞位置，從而推出復合頂板破壞發(fā)展的極限高度與頂板破壞判斷準則。通過理論分析研究，總結出影響復合頂板變形破壞的一般性因素。
　　(3)根據(jù)對煤巷復合頂板變形破壞機理的分析計算，對煤巷復合頂板的支護進行研究，提出“基于組合梁與冒落破壞面的‘多角度錨桿組合梁懸吊’支護”設計理念。此理念認為根據(jù)煤巷復合頂板巖層的地質情況與錨桿長度的局限性，采用組合梁理論進行錨桿支護

4、，再利用錨索將組合梁懸吊于穩(wěn)定巖層較為合適，并且根據(jù)對復合頂板破壞面的計算認為改變頂板錨桿的錨固方向，使其盡量與破壞面進行垂直可提高組合梁的強度。再者，由于巷道開掘后復合頂板的初期變形會對頂板巖體的強度造成較大影響，故應在巷道開掘過程中對圍巖及時進行支護，并對錨桿(索)施加適當?shù)念A應力，進一步減少開巷初期的圍巖變形量。
　　(4)在巷道支護設計方法上，本文認為巷道支護動態(tài)信息設計法更適用于層狀巖體巷道這種擁有復雜圍巖地質情況的巷道