深井煤巷锚杆--锚索协同支护机理研究

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随着浅部煤炭资源的日益枯竭,煤矿开采将逐渐进入到深部。与浅部开采相比,深部开采受“三高一扰动”的影响,煤巷多表现为高地压、大变形以及持续流变等特征,现有的锚杆支护理论及技术对于深部煤巷围岩,尤其是煤巷顶板围岩的控制普遍难以取得理想的效果。  本论文拟紧密结合现场工程实际,深入分析深井煤巷的变形破坏特征及其主要影响因素,并根据锚杆和锚索支护的工程特性,研究锚杆-锚索在深井煤巷中的协同支护机理。通过研究表明,锚杆-锚索在巷道顶板的纵向上形成“高强锚固串群体”,在“锚固串”相互间的挤压、契合、摩擦等作用下,这些锚固串群体可在煤巷顶板横向上形成“组合块体岩梁”的力学结构形式来承载巷道围岩应力。在此基础上,本文进一步提出了锚杆-锚索支护作用的匹配方法和途径,通过数值模拟加以优化,为深井破碎围岩条件下煤巷围岩的有效控制提供理论依据。  本文主要研究成果如下:  1)对深井煤巷进行了深入分析,得出了深井煤巷在开挖和回采期间围岩的应力变化情况、巷道的变形破坏过程、变形破坏特征以及影响巷道变形破坏的主要因素。  2)从理论上分析了锚杆-锚索在深井煤巷中的协同支护机理。高强锚杆将深井巷道浅部松散破碎围岩紧固形成基于“锚固串”的“组合块体岩梁”结构,锚索将该“组合块体岩梁”悬吊于深部围岩之中。通过在纵向上形成的“锚固串”结构和在横向上形成的“组合块体岩梁结构”来承载围岩应力,维持巷道围岩的长久稳定。  3)通过数值模拟分析,研究了锚杆-锚索支护后围岩的应力分布和变形情况,验证了锚杆-锚索协同支护中的“锚固串”结构以及“组合块体岩梁”结构的存在和承载作用。  4)根据锚杆-锚索的协同支护理论,在周源山煤矿-720水平的深井煤巷围岩进行工程应用,与原支护相比,锚杆-锚索协同支护能显著改善深井煤巷围岩的支护效果。
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