【摘 要】
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本文以钱营孜煤矿W3233工作面风巷为实际的工程背景,针对快速掘进煤巷支护关键技术及工艺优化为主要的研究对象,通过现场勘测、试验巷道岩石力学参数测定,结合FLAC3D数值模拟、三维立体相似模拟试验、掘进工艺优化研究和现场工业性试验等综合研究方法,对煤巷快速掘进支护关键技术及工艺优化进行研究,主要成果如下:（1）对试验巷道的地质条件进行全面研究,分析试验巷道地质条件表现特征。通过试验室岩石力学参数的
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本文以钱营孜煤矿W3233工作面风巷为实际的工程背景,针对快速掘进煤巷支护关键技术及工艺优化为主要的研究对象,通过现场勘测、试验巷道岩石力学参数测定,结合FLAC3D数值模拟、三维立体相似模拟试验、掘进工艺优化研究和现场工业性试验等综合研究方法,对煤巷快速掘进支护关键技术及工艺优化进行研究,主要成果如下:（1）对试验巷道的地质条件进行全面研究,分析试验巷道地质条件表现特征。通过试验室岩石力学参数的相关试验,对试验巷道顶底板的围岩强度等进行测定,为后续的研究提供支撑。（2）根据地质资料和力学测定的相关参数,并结合试验巷道的实际参数对支护相关参数进行理论计算,确定合理的参数范围,为优化支护参数提供理论依据。通过FLAC3D数值模拟软件分析出最优的巷道支护参数以及滞后工艺,首先模拟分析不加支护巷道掘进的应力和位移云图,再根据理论计算参数范围和分析结果提出两种支护优化方案,对原支护方案以及两种优化方案进行数值模拟,从垂直应力、垂直位移和水平应力、水平应力云图,以及塑性区云图的进行对比分析,得出顶板采用7根间排距为800 × 1000mm锚杆,两帮采用10根间排距800 × 1000mm的锚杆,顶板锚索采用2×1×2布置、间排距1600×2000mm的锚索,该优化方案的效果最佳。（3）通过数值模拟比较滞后方案的位移应力云图以及收敛系数等得出效果最好的滞后工艺方案。采用顶板7根锚杆不滞后;帮部先打4根,底下两根锚杆滞后20m;顶板锚索2×1×2锚索布置,紧跟顶板锚杆打巷中锚索,顶板两侧锚索滞后20m的滞后方案效果最佳。（4）通过三维立体相似模拟试验装置模拟试验巷掘进时不同支护参数下的巷道围岩变形情况,验证对比数值模拟所得优化方案。模型巷道设置三段不同参数的支护,在模拟巷道掘进的过程中使用高清钻孔窥视仪对模型巷道内部顶板及两帮变形情况进行实时监测,使用单反相机连续拍照技术对回采过程巷道围岩位移变形进行分析,使用应变片数据采集分析巷道围岩应力演化规律。（5）通过优化掘进配置设备,使用单轨液压锚杆钻机,对两帮底的锚杆以及顶板锚索进行滞后补打,节省了迎头支护时间,大大的提高了巷道掘进速度。通过优化支护方案,增大了锚杆索支护间排距,提高了循环进度。通过优化作业方式,对相关工序进行平行化处理,在保证安全的前提下,提高了巷道掘进效率。（6）基于理论分析,数值模拟以及相似模拟试验结果提出优化支护方案以及支护工艺,并结合钱营孜煤矿W3233工作面风巷机巷进行现场工业性验证。通过钻孔窥视、地质雷达探测和巷道围岩表明围岩监测等对现场数据进行观测,得到在使用优化方案和工艺后试验巷道围岩整体变形量较小,在安全的范围内掘进速度大幅度提高。图[105]表[13]参[86]
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