论文部分内容阅读
近百年尤其是改革开放以来,随着我国煤炭工业的蓬勃发展,对接近地表的浅煤层的开采基本已经接近尾声,随着经济的蓬勃发展,各行各业对煤炭的需求不断增加,2012年我国煤炭产量达到36.3亿吨,是2000年的2.8倍,随着煤炭开采强度的不断增加,开采深度不断增加,开采深度的增加必然造成煤矿灾害频发,如地压灾害、水害、瓦斯突出灾害等,目前我国有近20对矿井已经进入千米以下开采。 在深部资源开采中,井巷支护时存在深部软岩、节理发育、围岩破碎及支护难度增大的问题。此种情况下,原有传统的锚网支护、砌喧支护、棚式支护已经本能满足深部巷道支护需求,需要对传统的巷道支护方法进行改进和升级。本文以平煤十矿深部巷道支护为研究背景,该矿因地压大,围岩破碎,并且动力显现明显,巷道支护难度极大。针对目前矿井应用的U型钢支架(U36)和现试用的钢管混凝土支架,采用ANSYS数值模拟软件,对两种支架进行了受力分析,以寻求一种合理的巷道支护方式。 U型钢可缩性支架具备较大的支护阻力和较好的变形能力,被广泛应用于软岩和有冲击倾向性的巷道支护,并取得了良好的支护效果,但是在不同的围岩条件和受力条件下其受力变形特点是不同的。本文针对平煤十矿具体地质采矿条件,对其现有使用的U型钢支架进行了受力分析,并在此基础上进行ANSYS有限元数值模拟。在模拟中对U型钢的受力截面进行简化,认为载荷是均匀分布的,分别对不封闭形和封闭形U型钢支架进行了数值模拟。 钢管混凝土结构作为一种复合材料结构,因具有强度大钢材省等特点,己在土木工程中得到了广泛的应用,我国从20世纪60年代开始研究使用钢管混凝土结构,最近十年左右才开始有学者考虑在煤矿井巷中使用钢管混凝土支架。本文对钢管混凝土支架进行受力分析,并在此基础上进行了ANSYS有限元数值模拟。本文还对U型钢支架和圆形钢管混凝土支架的受力变形情况了对比分析,从而寻求更好的支护形式。为寻求更好的支护方式,平煤集团十矿正在最深水平进行U型钢支架(U36)和钢管混凝土支架的应用试验。本文对两条试验巷道做了支护方式的设计与支护效果观测的设计。通过综合研究分析得知,在经济成本方面钢管混凝土支架低于现大量使用的U型钢(U36)支架,因此,钢管混凝土支架因支护强度大,成本低等优点,在深部巷道支护中将有良好的应用前景。