软弱再生顶板巷道围岩失稳机理及其控制原理与技术

论文摘要

针对软弱再生顶板巷道围岩大变形问题,结合现场调研、室内试验、理论分析等手段研究了软弱再生顶板围岩失稳机理,并提出了针对该类围岩的控制原理、支护原则和支护技术。研究表明:软弱再生顶板具有自稳平衡拱结构,但极其不稳定。在扰动作用下快速松散、破碎,表现出局部到整体的连锁失稳特征。基于再生顶板围岩条件提出再生顶板"抛物线-半双曲线"扩展力学模型,即再生顶板平衡拱边界在纵向上以"抛物线"形式向上扩展,横向上以"半双曲线"形式延伸。巷道底臌使得两帮整体下沉或两帮肩角处破坏造成再生顶板自稳平衡拱结构不断地向围岩深部转移。根据该模型计算发现,此时棚架上的载荷增加更快。再生顶板松散范围的非线性增加使得棚架上的荷载急剧增加,围岩变形量增大,最终导致巷道整体失稳。因此,提出了"护底→固帮→控顶"的软弱再生顶板围岩控制基本原理。结合州景煤矿再生顶板巷道实际情况,通过疏干排水防止底臌、改善棚架结构加强帮、顶支撑,形成了"强化整体约束、优化棚架结构和架间协同控制"的支护原则,具体形成了"双层金属网+预支撑囧型棚架+可缩性纵向连接器"的组合支护技术,经工程试验表明该支护技术可有效控制软弱再生顶板巷道围岩初期的稳定,后期回采时建议采用"三支一体"支护体系进行加强支护,控制再生顶板围岩回采期间的稳定。

论文目录

• 1 巷道工程概况
• 2 现场调查及室内试验
•   2.1 再生顶板巷道大变形特征
•     （1）掘巷后再生顶板多次冒落,网兜严重,巷道两帮及底板变形相对较小。
•     （2）回采时全断面大变形,顶板严重下沉、两帮内挤和强烈底臌。
•   2.2 破碎围岩物理力学测试
•     （1）点载荷试验
•     （2）水解试验
•     （3）电镜扫描试验
• 3 软弱再生顶板巷道变形失稳机理
•   3.1 再生顶板变形失稳过程
•   3.2 再生顶板破碎区边界扩展力学模型
•     3.2.1 再生顶板破碎区边界纵向扩展
•     3.2.2 再生顶板破碎区边界横向延伸
•     3.2.3 软弱再生顶板变形破坏规律
•     3.2.4 再生顶板跨度与载荷变化规律
•   3.3 巷道煤帮变形机理分析
•   3.4 巷道底板变形机理分析
• 4 再生顶板巷道围岩控制原理
•   4.1 再生顶板巷道失稳原因分析
•     （1）架型不合理,不能充分发挥承载能力。
•     （2）接顶效果差,没有主动发挥支护作用。
•     （3）支架支护系统整体性差,支架易破坏。
•     （4）支架可缩性差,顶板围岩变形不均匀。
•   4.2 围岩控制原理
•   4.3 再生顶板巷道围岩控制技术
• 5 工程实践
•   5.1 巷道开挖初期围岩控制技术
•   5.2 工作面回采加强支护技术
• 6 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 王平,冯涛,蒋运良,刘海,李立新,余伟健,朱永建,鲁义

关键词: 再生顶板,破坏机理,围岩控制,组合支护

来源: 煤炭学报 2019年10期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 矿业工程

单位: 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室,河南理工大学深井瓦斯抽采与围岩控制技术国家地方联合工程实验室,湖南科技大学资源环境与安全工程学院,广西百色百矿集团有限责任公司

基金: 国家自然科学基金面上资助项目(51804114,51774130),河南理工大学深井瓦斯抽采与围岩控制技术国家地方联合工程实验室开放基金资助项目(SJF201806)

分类号: TD322;TD353

DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2019.0022

页码: 2953-2965

总页数: 13

文件大小: 1460K

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