沿空动压巷道围岩稳定性与支护技术研究.pdf

分类号分类号 TD353TD353密密级级 公公 开开 U D CU D C 单位代码单位代码 1042410424 学学 位位 论论 文文 沿空动压巷道围岩稳定性沿空动压巷道围岩稳定性沿空动压巷道围岩稳定性 沿空动压巷道围岩稳定性 与支护技术研究与支护技术研究与支护技术研究 与支护技术研究 郭郭 正正 宝宝 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位专业专业名名称称采矿工程采矿工程 指导教师姓名指导教师姓名樊樊 克克 恭恭职职称称教教授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零一一年六月二零一一年六月 论文题目论文题目论文题目 论文题目 沿空动压巷道围岩稳定性与支护技术研究沿空动压巷道围岩稳定性与支护技术研究沿空动压巷道围岩稳定性与支护技术研究 沿空动压巷道围岩稳定性与支护技术研究 作者姓名作者姓名作者姓名 作者姓名 郭郭 正正 宝宝入学时间入学时间入学时间 入学时间 20082008年年 9 9 月月 专业名称专业名称专业名称 专业名称 采矿工程采矿工程研究方向研究方向研究方向 研究方向 矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制 指导教师指导教师指导教师 指导教师 樊樊 克克 恭恭职职职 职 称称称 称 教教授授 论文提交日期论文提交日期论文提交日期 论文提交日期 20112011 年年 6 6 月月 论文答辩日期论文答辩日期论文答辩日期 论文答辩日期 20112011 年年 6 6 月月 授予学位日期授予学位日期授予学位日期 授予学位日期 S S S S TUDYTUDYTUDY TUDY ONONON ON SURROUNDINGSURROUNDINGSURROUNDING SURROUNDING ROCKROCKROCK ROCK STABILITYSTABILITYSTABILITY STABILITY ANDANDAND AND SUPPORTINGSUPPORTINGSUPPORTING SUPPORTING TECHNOLOGYTECHNOLOGYTECHNOLOGY TECHNOLOGY OFOFOF OF GOB-SIDEGOB-SIDEGOB-SIDE GOB-SIDE ENTRYENTRYENTRY ENTRY WITHWITHWITH WITH DYNAMICDYNAMICDYNAMIC DYNAMIC PRESSUREPRESSUREPRESSURE PRESSURE A A A A DissertationDissertationDissertation Dissertation tedtedted ted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements ofofof of thethethe the degreedegreedegree degree ofofof of MASTERMASTERMASTER MASTER OFOFOF OF PHILOSOPHYPHILOSOPHYPHILOSOPHY PHILOSOPHY fromfromfrom from ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and TechnologyTechnologyTechnology Technology b b b b y y y y GuoGuoGuo Guo ZhengbaoZhengbaoZhengbao Zhengbao SupervisorSupervisorSupervisor Supervisor ProfessorProfessorProfessor Professor FanFanFan Fan KegongKegongKegong Kegong CollegeCollegeCollege College ofofof of NaturalNaturalNatural Natural ResourcesResourcesResources Resources andandand and EnvironmentalEnvironmentalEnvironmental Environmental EngineeringEngineeringEngineering Engineering Ma yMa yMa y Ma y 20 1120 1120 11 20 11 声声明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名硕士生签名 日日期期 AFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATION AFFIRMATION I I I I declaredeclaredeclare declare thatthatthat that thisthisthis this dissertation,dissertation,dissertation, dissertation, tedtedted ted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements forforfor for thethethe the awardawardaward award ofofof of MasterMasterMaster Master ofofof of PhilosophyPhilosophyPhilosophy Philosophy ininin in ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and Technology,Technology,Technology, Technology, is is is is whollywhollywholly wholly mymymy my ownownown own workworkwork work unlessunlessunless unless referencedreferencedreferenced referenced ofofof of acknowledge.acknowledge.acknowledge. acknowledge. TheTheThe The documentdocumentdocument document hashashas has notnotnot not beenbeenbeen been tedtedted ted forforfor for qualificationqualificationqualification qualification atatat at anyanyany any otherotherother other academicacademicacademic academic institute.institute.institute. institute. SignatureSignatureSignature Signature DateDateDate Date 山东科技大学硕士学位论文摘要 摘摘要要 针对徐庄煤矿沿空动压巷道围岩的合理控制问题，本文通过理论分析、数值模拟及 现场工业性试验与观测等方法对沿空动压巷道的围岩稳定性及支护技术进行了较系统的 研究，研究了包括沿空动压巷道围岩失稳机理及围岩控制对策两个方面的内容。根据开 挖空间的不同，对沿空动压巷道围岩进行了分类，结合徐庄煤矿 212104 运输顺槽的实际 情况，通过理论分析，分析了沿空动压巷道在巷道开挖、上区段工作面回采及本区段工 作面回采三个过程中的巷道围岩应力分布规律、变形破坏特征及影响因素，理论计算了 上区段工作面回采对沿空动压巷道的超前支承压力影响范围及滞后影响范围，进而论述 了沿空动压巷道围岩的失稳机理。并在此基础上，探讨了沿空动压巷道围岩控制机理及 技术，详述了“非均称控制”技术的优势，提出了支护技术的四个方面合理的支护参 数、补强加固技术、预紧力锚杆支护以及合理的支护时间，并以徐庄生建煤矿 212104 运输顺槽为例对沿空动压巷道围岩进行支护设计。通过数值模拟，系统地分析了沿空动 压巷道在轴向及侧向方向上的围岩应力场、位移场及塑性区变化情况，经过现场工业性 试验与观测，验证了理论计算的正确性以及沿空动压巷道围岩支护设计的合理性。本文 的研究成果对沿空动压巷道在邻近工作面采动影响下的围岩破坏失稳机理及控制技术具 有重要的科学意义和应用前景。 关键词关键词沿空巷道；动压巷道；采动影响；围岩失稳机理；围岩支护技术 山东科技大学硕士学位论文摘要 A A A A BSTRACTBSTRACTBSTRACT BSTRACT For the reasonable control of gob-side entry surrounding rock with dynamic pressure in Xuzhuang coalmine,rock stability and supporttechnology, including surrounding rock instability mechanism and control measures, is studied systematically in this paper through theoretical analysis, numerical simulation and fieldindustrial experiment and observation. According to the different excavation space, the gob-side entry’surrounding rock is classified into eight subtypes of two major types. Using s of theoretical analysis, analyzing the law of stress distribution, deation characters andinfluencingfactors during the tunnel excavation, previous and this section face recovery based on the actual situation of Xuzhuang coalmine. Then expounding on surrounding rock Instability mechanism, the influence scope of advance and behind abutment pressure when the previous section face recovery is calculated. Based on the surrounding rockinstability mechanism of dynamic pressure gob-side entry, the surrounding rock’control mechanism and technology and the advantages of nonequilibrium technology is discussed. There are four parts of control technology given reasonable supportingparametersandsupportingtime,reinforcementtechnology, preloadcable supporting. And the supporting parameters of 212104 transport entry in Xuzhuang coalmine are designed. Through numerical simulation, analyzing the changes of surrounding stress field, displacement field and plastic zone in directions of leading and lateral, validates the correctness of theoretical calculations and supporting design. The study results of this paper have great scientific significance and application prospects to the research ofinstability mechanism and control measures of gob-side entry with dynamic pressure under the first mining influence. KeywordsKeywordsKeywords Keywords dynamic pressure roadway; gob-side entry;mining influence;surrounding rock instability mechanism;supporttechnology 山东科技大学硕士学位论文目录 目目录录 1 1 1 1 绪论绪论绪论 绪论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 1 1.1课题的提出及研究意义............................................................................................. 1 1.2国内外研究现状......................................................................................................... 2 1.3主要研究内容与技术路线......................................................................................... 8 2 2 2 2 沿空动压巷道围岩变形破坏特征及影响因素分析沿空动压巷道围岩变形破坏特征及影响因素分析沿空动压巷道围岩变形破坏特征及影响因素分析 沿空动压巷道围岩变形破坏特征及影响因素分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101010 10 2.1沿空动压巷道围岩结构分类................................................................................... 10 2.2沿空动压巷道围岩变形破坏特征........................................................................... 12 2.3沿空动压巷道围岩变形破坏影响因素................................................................... 18 2.4小结........................................................................................................................... 19 3 3 3 3 沿空动压巷道围岩失稳机理及控制技术研究沿空动压巷道围岩失稳机理及控制技术研究沿空动压巷道围岩失稳机理及控制技术研究 沿空动压巷道围岩失稳机理及控制技术研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212121 21 3.1沿空动压巷道围岩应力分布规律........................................................................... 21 3.2沿空动压巷道围岩失稳机理分析........................................................................... 29 3.3沿空动压巷道围岩控制机理及技术....................................................................... 32 3.4小结........................................................................................................................... 34 4 4 4 4 沿空动压巷道围岩稳定性数值模拟研究沿空动压巷道围岩稳定性数值模拟研究沿空动压巷道围岩稳定性数值模拟研究 沿空动压巷道围岩稳定性数值模拟研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363636 36 4.1数值模拟软件 FLAC 简介.......................................................................................36 4.2数值模拟模型建立................................................................................................... 37 4.3沿空动压巷道围岩稳定性数值模拟分析............................................................... 39 4.4小结........................................................................................................................... 53 5 5 5 5 沿空动压巷道支护设计及现场反馈研究沿空动压巷道支护设计及现场反馈研究沿空动压巷道支护设计及现场反馈研究 沿空动压巷道支护设计及现场反馈研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545454 54 5.1工程概况................................................................................................................... 54 5.2沿空动压巷道围岩支护设计................................................................................... 55 5.3支护效果现场反馈研究........................................................................................... 58 5.4小结........................................................................................................................... 66 6 6 6 6 主要结论主要结论主要结论 主要结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676767 67 致致致 致 谢谢谢 谢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696969 69 山东科技大学硕士学位论文目录 参考文献参考文献参考文献 参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707070 70 攻读硕士期间主要成果攻读硕士期间主要成果攻读硕士期间主要成果 攻读硕士期间主要成果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 747474 74 山东科技大学硕士学位论文目录 ContentsContentsContents Contents 1 1 1 1 IntroductionIntroductionIntroduction Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .