倾斜松软煤层巷道非对称性变形机理及控制技术研究

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本文以涡北矿8204风巷实际地质情况为基础,围绕“倾斜松软煤层巷道非对称性变形机理及控制技术研究”运用现场调研、实验室测试、理论分析、FLAC3D数值模拟、工业性实验等方法进行研究。针对煤层巷道围岩非对称失稳诱因进行系统的分析论证,以实际地质条件模拟巷道掘进,分析倾斜松软煤层巷道非对称变形的位移变化规律,在围岩控制方面结合前期巷道评价提出新的支护方案。主要结论如下:(1)详细阐释了涡北煤矿8204风巷地质情况及特点,通过现场勘查和煤矿资料,结合钻孔窥视,分析得出8204风巷左右两帮的变形量和形式有很大的不同,右帮较左帮的变形量大且内部裂隙发育更加丰富。(2)根据在实验室进行的煤岩体力学测试,得出8号煤和顶底板泥岩的力学参数。运用X射线衍射仪(XRD)和X射线荧光光谱分析(XRF)法对8煤成分进行定量分析。(3)对倾斜松软煤层非对称性破坏原因进行分析,得出煤层巷道围岩非对称变形、围岩移动、底鼓形态以及巷道非对称性破坏的特征。利用材料力学和弹性力学简化梁结构模型,对倾斜巷道围岩非对称变形进行了简单的分区。(4)选取0°、10°、25°、40°不同煤层倾角采用FLAC3D数值模拟对巷道非对称性变形的位移、应力变化规律进行分析。数值分析表明倾斜松软煤层巷道顶底板移近量大于两帮移近量,高帮变形量明显大于低帮变形量。顶板最大位移量随着煤层倾角的增加向低帮一侧移动,底板岩性较弱底鼓严重,其最大位移量随着煤层倾角的增加向高帮一侧移动,形成明显的错动变形。随着煤层倾角的增加顶底板的垂直位移量逐渐减小,左右两帮的水平位移量逐渐增加。(5)在对锚杆支护、反底拱支护分别进行数值模拟分析后发现在反底拱支护下巷道变形的非对称性明显减弱,同时可以有效控制巷道围岩的变形,特别是对巷道底板变形的控制效果更好。因此采用反底拱支护作为该巷道支护方式。(6)结合模拟分析结果和巷道顶底板及两帮位移监测,验证了反底拱支护的围岩控制效果。该论文有图63幅,表9个,参考文献83篇。
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