巷道快速掘進空頂區(qū)頂板破壞機理及穩(wěn)定性控制.pdf

1、煤巷快速掘進是礦井提高單掘速度、保障生產(chǎn)接替、提高煤礦機械化水平的重要支撐技術(shù)，在我國礦井應(yīng)用十分廣泛。受掘進工藝流程影響，煤巷掘進作業(yè)人員經(jīng)常處于空頂區(qū)邊緣或內(nèi)部，施工安全受空頂區(qū)頂板穩(wěn)定性嚴(yán)重影響。同時，空頂區(qū)穩(wěn)定性規(guī)律是設(shè)備、工藝及支護設(shè)計的基礎(chǔ)，煤層伴生頂?shù)装鍘r層多為性質(zhì)軟弱的泥質(zhì)巖性，不及時支護或受掘進施工擾動易破碎垮落，所以空頂區(qū)頂板安全問題嚴(yán)重困擾著快速掘進技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用。本文以快速掘進煤巷空頂區(qū)頂板為主要研究對象，采用理

2、論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場實測等方法，以空頂區(qū)頂板巖梁結(jié)構(gòu)為切入點，研究了快速掘進煤巷空頂區(qū)頂板穩(wěn)定性規(guī)律及主要影響因素，揭示了空頂區(qū)頂板變形破壞規(guī)律及與迎頭結(jié)構(gòu)的相互作用關(guān)系，在此基礎(chǔ)上對煤巷空頂區(qū)頂板圍巖控制技術(shù)、快速掘進工藝問題以及配套設(shè)備問題等幾方面進行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分析了頂板結(jié)構(gòu)特征，得出了空頂區(qū)頂板穩(wěn)定性機理。隨頂板厚度增加，其抗彎模量逐漸增大；隨頂板巖梁深跨比增大，其撓度逐漸減小，煤壁內(nèi)支承壓力逐漸

3、降低。幫部巖體變形會增加頂板巖梁的有效跨度，削弱其穩(wěn)定性；頂板可承載自身和冒落范圍巖體的載荷時，幫錨可顯著提高錨固體抗壓和抗剪強度、減小破碎區(qū)及塑性區(qū)寬度、優(yōu)化頂板受力，有效控制頂板下沉。⑵得出了幫部剛度、循環(huán)步距及頂板支護強度等因素對空頂區(qū)頂板穩(wěn)定性的影響規(guī)律：空頂區(qū)塑性區(qū)為橢圓形，其長軸由迎頭巖體性質(zhì)決定，短軸受幫部剛度影響；循環(huán)步距對空頂區(qū)頂板垂直應(yīng)力分布影響極小，但對后方已支護頂板的二次下沉影響較大；增加后方頂板支護強度對空頂區(qū)

4、頂板下沉量減小效果微弱，但能改善其承載狀態(tài)，為迎頭提供較好的推進基礎(chǔ)。⑶揭示了迎頭支撐結(jié)構(gòu)和滯后支護對空頂區(qū)頂板穩(wěn)定性的影響規(guī)律。滯后支護與迎頭“C”型支撐結(jié)構(gòu)的組合狀態(tài)決定了空頂區(qū)頂板的下沉量及破壞狀態(tài)，隨著空頂距離增大，組合狀態(tài)演化過程可分為疊加支撐、協(xié)同支撐、獨立支撐三個階段；以此為基礎(chǔ)，形成了滯后支護與迎頭支撐結(jié)構(gòu)“C+”耦合支護的技術(shù)思路。⑷得到了頂板彎曲下沉易誘發(fā)直接頂巖層發(fā)生拉伸破壞失穩(wěn)的本質(zhì)規(guī)律?？枕斁嚯x增大使得迎頭支撐