大采深大体积瓮形煤仓的支护分析及研究

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本文结合申家庄矿3#煤仓的地质条件,对瓮形煤仓的稳定性做了系统的研究。文章以现场的实际调研资料为依据,采用理论分析的方法,论证了申家庄矿3#煤仓在高应力条件下的支护的合理性,同时采用相似模拟、计算机数值模拟、现场工业性试验等方法对瓮形煤仓的破坏及应力分布规律进行了模拟与分析,最终确定瓮形煤仓在高应力条件下较稳定。理论分析可知,通过壳理论对瓮形煤仓的受力规律进行分析,并通过与普通煤仓在梁结构与壳结构对比确定在高的侧应力条件下瓮形煤仓的稳定性优于普通圆柱形煤仓。在实验室制作几何相似比1:40的相似材料模型,模拟瓮形煤仓在原岩应力条件下煤仓的位移、应力分布规律,并对瓮形煤仓进行破坏规律的研究,通过位移传感器和压力计的监测可知煤仓的在原岩应力下,径向位移为2.1cm,轴向位移为1.3cm,当煤仓破坏时,最先破坏处为煤仓的肩部。计算机数值模拟瓮形煤仓围岩应力和位移进行了模拟,经研究显示,煤仓垂直位移最大达到1.5cm,煤仓水平位移最大处在煤仓的最大径位置,数值达到了2.5cm,同时通过在不同水平应力条件下瓮形煤仓与普通圆柱形煤仓的塑性区的对比可知,当侧压系数λ=1.5时,即高的水平应力下,由于瓮形煤仓只是局部破坏,破坏深度只有0.5~1.5m,而普通圆柱形煤仓为整体破坏,切破坏深度达到2.0m,因此在高的水平应力条件下,稳定性仍优于普通圆柱形煤仓。说明瓮形煤仓在高的水平应力条件下稳定性较普通圆柱形煤仓更好。结合现场工业性试验,通过对各矿压指标的现场观测,分析确定在煤仓的整体稳定性高,水平位移位于煤仓的最大径处,数值为2.5cm,煤仓的垂直位移为1.5cm,由于受到下部逆断层的影响,所以导致了在煤仓中下部出现位移为正的现象,煤仓的井壁无破碎片帮现象,通过现场观测可得瓮形煤仓对高应力条件下有较好的稳定性经研究确定,瓮形煤仓在申家庄矿成功运用不仅取得了良好的经济效益,更取得了较好的社会效益。一是瓮形煤仓的掘进及支护技术在申家庄煤矿的成功实现,无疑对今后煤仓的掘进及支护提供了宝贵的经验,为申家庄煤矿今后瓮形煤仓的掘进及支护奠定了基础,3#煤仓的实践成功对其具有较强的指导意义。二是在主井的提升率低的情况下,保证了采区的出煤量,提高了矿井的原煤产量。三是有效地避开了断层的影响,比圆柱形煤仓更能适应复杂的地质条件,而且稳定性更好。
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