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我国是世界上最大的煤炭消费国,其需求量仍在不断增大。为了满足日益增长的煤炭需求量,我国大部分矿区不得不转入深部开采,当开采深度进入软化临界深度以后,煤巷掘进与支护过程中出现巷道成型困难、顶板下沉、两帮收缩、底臌等大变形破坏现象,使得深部煤巷支护问题成为影响矿井进入深部后的开采接续、危及安全生产的重大技术难题。神火集团梁北矿二1煤层煤质松软,地应力大,煤层硬度系数为f=0.15~0.25,属特软煤层,其支护非常困难。本文针对梁北煤矿特软煤巷锚固支护展开研究工作。 首先进行地质力学条件调查,分析梁北矿区的地质力学环境,确定工程所在区域的地层岩性、地质构造、地下水及地应力情况。在工程现场采取岩样,在实验室进行物理力学参数的测试。利用所测得岩石物理力学参数并结合现场地质力学条件确定工程所在区域的岩体工程地质特征。 通过实地观察和现场监测,了解巷道的变形破坏特征。结合巷道变形破坏特征对工字钢的承载力和巷道底板煤层弱化进行了分析。从围岩性质、围岩应力和支护形式方面分析了巷道围岩变形破坏原因。在地质条件和支护条件的基础上建立了地质工程力学模型,再现了巷道的破坏过程。 根据软岩的定义确定梁北煤矿软化临界深度为和支护难度系数。通过分析影响软岩巷道变形力学机制的因素并结合地质力学和破坏原因分析确定所研究巷道的变形力学机制确定为:IABICIIAIIBIIDIIICAIIIDIIIE,并制定了相应的变形力学机制转化对策。 从锚网索耦合支护原理出发,利用FLAC3D数值模拟软件对顶帮锚杆锚索耦合支护进行了数值模拟优化设计。在顶帮锚杆锚索优化设计的基础上,将底板锚杆和注浆加固相结合确定了底板锚杆加固、底角注浆加固、底板锚杆+底角注浆加固以及全底板注浆加固四种底板加固方案。结合梁北矿的实际情况最终确定顶帮锚杆锚索+底角锚注复合支护作为实验巷道的加固方案。实验巷道监测结果表明该方案能够有效控制特软煤巷的变形量。