孤岛煤柱开采过大断层巷道支护技术研究.pdf

论文题目 孤岛煤柱开采过大断层巷道支护 技术研究 作者姓名赵国会 专业名称采矿工程 指导教师艺擅德 副指导- 教师型鲨壹 论文提交日期 论文答辩E l 期 授予学位日期 2 Q 曼刍E 鱼目 2 Q 兰生鱼目 研究方向壁出昼垄量羞星垄型 职 称整撞 职称进竖 S T U D Y0 NT E C H N O L O G YO FR O A D W A Y T H A T C R O S S E DL A R G EF A U I 』rS U R R O U D I N GR O C K CO N T R O LI NI S O L A T E DCO A L P I L L A R M I N I N G AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t so ft h ed e g r e eo f M A S T E RO FP H I L O S O P H Y f r o m S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y Z h a oG u o h u i S u p e r v i s o r P r o f e s s o r Y i nZ e n g d e C o l l e g eo fM i n i n ga n dS a f e t yE n g i n e e r i n g J u n e2 0 1 5 声明 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 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。 硕士生签名 日期 A F F I R M A T I O N Id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h eD e g r e eo fM a s t e ro fP h i l o s o p h yi nS h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y , i sw h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e d o fa c k n o w l e d g e T h e d o c u m e n th a sn o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o na t ．a n y ’o t h e ra c a d e m i c i n s t i t u t e ． s ；g n a t u r e z 枇‰㈨， D a t e ．2 f 7 f 与．厶∥ 幺Ⅳ氮“ ，百宇 X r n U 赵幼 山东科技大学硕士学位论文 摘要 摘要 本文以运河煤矿6 3 0 3 工作面孤岛煤柱开采过程中，第二轨道顺槽联络巷道、第二皮 带顺槽联络巷道穿B F 7 大断层时巷道围岩控制问题为工程背景。围绕“断层煤柱留设合 理尺寸”、“过大断层巷道加强支护距离确定”、“孤岛应力场、断层应力场和采动应力场‘三 场’复合应力场研究”、“复合条件下巷道围岩控制技术”等四个方面开展系统地研究工 作。 ⋯ 通过对6 3 0 3 第一工作面导水裂隙带高度以及1 3 0 3 工作面底板破坏深度预计，得出 6 3 0 3 第一工作面断层煤柱留设合理宽度为4 0 m ，确定6 3 0 3 工作面第二皮带顺槽联络巷 道的起点位置、联络巷道起坡角度及长度。 运用F L A C 3 D 数值模拟孤岛、断层应力场对第二皮带顺槽联络巷道的影响，分析断 层附近出现塑性区和应力集中的区域。在此基础上，模拟采动应力场对于第二皮带顺槽 联络巷道的影响，通过分析开挖不同距离后巷道围岩塑性区和应力云图变化，得出采动 因素对于第二皮带顺槽联络巷道的影响。 综合分析孤岛、断层、采动应力场对于第二皮带顺槽联络巷道的影响，判断穿断层 联络巷道需要加强支护的范围，即断层上盘4 0 m ，下盘3 0 m 范围内。 结合理论分析和现场经验，本着安全、经济、高效的原则，对第二皮带顺槽联络巷 道的围岩控制问题提出合理的分段控制支护形式，即应力集中范围内采取“锚网索带架” 联合支护，应力显现平缓区域采取“锚网索带”支护。 对运河煤矿6 3 0 3 工作面第二皮带顺槽联络巷道进行工业性实验表明，分段采取“锚 网索带架”和“锚网索带”联合支护形式对于巷道围岩控制效果显著，为解决类似条件下 的巷道围岩控制问题提供了新的技术方案。 关键字孤岛应力场；断层应力场；采动应力场；分段控制耦合支护 山东科技大学硕士学位论文 摘要 A B S T R A C T T h i sd i s s e r t a t i o ni si nt h ep r o j e c tb a c k g r o u n do fr o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c kc o n t r o li n 6 3 0 3m i n i n gf a c eo fY u n H ec o a lm i n ei s l a n dc o a lp i l l a rm i n i n g ，c r o s s h o l eo ft h es e c o n du p p e r g a t er o a da n dt h es e c o n dg a t e w a yt h r o u g ht h eb i gf a u l to fB F 7 ．C a r r yo u tas y s t e m a t i c r e s e a r c ha r o u n dt h e “r e a s o n a b l ed i m e n s i o no fw a t e r p r o o fc o a lp i l l a ro ff a u l t “ , ’t h ed e t e r m i n e o fr e i n f o r c e ds u p p o r t i n gd i s t a n c et h a tt h r o u g hl a r g ef a u l t , ’，‘ t h e c o U p l i n go fi s o l a t e di s l a n d s t r e s sf i e l d ，f a u l ts t r e s sf i e l da n dm i n i n gs t r e s sf i e l d ”，‘ c o n t r o lt e c h n o l o g yo fs u r r o u n d i n gr o c k o f 。r o a d w a yu n d e rc o m p l e xc o n d i t i o n ”a n dS Oo n ． T h r o u g ht h eh e i g h to fw a t e rf l o w i n gf r a c t u r e dz o n ei nf i s r s t6 3 0 3w o r k i n gf a c ea n dd e p t h o fd e s t r o y e df l o o rr e s e a r c hi n13 0 3w o r k i n gf a c e ，c o m et ot h ec o n c l u s i o nt h a tr e a s o n a b l e d i m e n s i o no f w a t e r p r o o f i s4 0 m ，c o n f i r mt h es t a r t i n gp o i n to f t h es e c o n dg a t e w a yc r o s s - h o l e ． U s i n gt h eF L A C 3 Dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nt os t u d yt h ei n f l u e n c eo fi s o l a t e di s l a n da n d f a u l ts t r e s sf i e l dt ot h es e c o n dg a t e w a yc r o s s - h o l e ．A r r i v ea tt h ep l a s t i cz o n ea n dr e g i o no f s t r e s sc o n c e n t r a t i o n ．O nt h i sb a s i s ，s i m u l a t et h ei n f l u e n c eo fm i n i n gs t r e s sf i e l dt ot h es e c o n d u p p e rg a t er o a d ．T h r o u g ht h ep l a s t i cz o n eo fs u r r o u n d i n gr o c ka n ds t r e s sn e p h o g r a ma f t e r e x c a v a t i n g o fd i f f e r e n td i s t a n c e s ，g e tt h ei n f l u e n c eo fm i n i n gf a c t o r st ot h es e c o n du p p e rg a t e r o a d ． C a r r yo u tac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so fi s o l a t e di s l a n d ，f a u l ta n dm i n i n gs t r e s sf i e l dt ot h e s e c o n dg a t e w a yc r o s s - h o l e ，j u d g eo u tt h er e i n f o r c e d s u p p o r t i n gd i s t a n c eo fr o a d w a yt h a t t h r o u g h ’t h ef a u l t ，o b t a i n e dt h er e i n f o r c e dt i m b e r i n gi s3 0 r n ’f r o mf o o t W a l lf a u l ta n d4 0 mf r o m u p p e rd i s ko ff a u l t 。 C o m b i n e dw i t ht h eo r e t i c a la n a l y s i sa n df i e l de x p e r i e n c e ，p u tf o r w a r dt h es u p p o r tf o r mo f s u r r o u n d i n gr o c kc o n t r o lo ft h es e c o n dg a t e w a yc r o s s - h o l e ．A d o p tt h ef o r mo f “b o l t a n c h o r c a b l e m e t a ln e t s t e e ls t r i p s h e ds h o r i n g ’’i nr e g i o no fs t r e s sc o n c e n t r a t i o n ，t h ef o r mo f ‘‘b o l t a n c h o rc a b l e m e t a ln e t s t e e ls t r i p ’’i nr e g i o no fs t r e s sa p p e a r e df l a ta r e a ． F o ri n d u s t r i a lt e s to fs e c o n dg a t e w a yc r o s s h o l ei nt h e6 3 0 3m i n i n gf a c eo fY u n H ec o a l m i n e ，t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a ta d o p tt h ef o r mo f “b o l t a n c h o rc a b l e m e t a ln e t s t e e ls t r i p s h e d s h o r i n g ’’a n d ‘‘c o n t r o lt e c h n o l o g yo fs u r r o u n d i n gr o c ko fr o a d w a yu n d e r 山东科技大学硕士学位论文 摘要 c o m p l e xc o n d i t i o n ’i nd i f f e r e n tz o n e s i se f f i c a c i o u st os u r r o u n d i n gr o c kc o n t r o l ，m e a n w h i l e ，i t p r o v i d e san e wt e c h n i c a ls o l u t i o n st ot h er o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c kc o n t r o lp r o b l e mu n d e r s i m i l a rc o n d i t i o n s K e y w o r d s S t r e s sf i e l do fi s o l a t e di s l a n d ；S t r e s sf i e l do ff a u l t ；S t r e s sf i e l do fm i n i n g m o v e s ；S u b d i v i s i o nc o n t r o l ；C o u p l i n gs u p p o r t 山东科技大学硕士学位论文 目录 目录 1 绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1 ．1 课题的提出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 研究内容和技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 工程背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．16 3 0 3 综放工作面概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．26 3 0 3 工作面煤层情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．36 3 0 3 工作面煤层顶底板情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．46 3 0 3 工作面地质构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1O 2 ．56 3 0 3 工作面水文地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 36 3 0 3 工作面第一轨道顺槽位置的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 3 3 ．113 0 3 综放工作面底板破坏深度研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．13 3 ．26 3 0 3 第一工作面综放开采覆岩导水裂隙带发育规律预计⋯⋯⋯j14 3 ．3 6 3 0 3 第一工作面断层煤柱宽度的合理留设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16 4 孤岛工作面过断层巷道围岩应力场研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．17 4 ．1孤岛工作面采动应力场研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．17 4 ．2断层应力场影响下的巷道围岩应力分布研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 4 ．3 孤岛工作面断层、采动应力场数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 4 ．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 山东科技大学硕士学位论文目录 5 复杂地质条件下耦合支护技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 5 ．1 锚杆强化支护技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 5 ．2 锚索加强支护技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 6 5 ．3 架棚支护材料选型研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 5 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 6 第二皮带顺槽联络巷道支护方案研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 3 6 ．1应力显现平稳区域支护方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 3 6 ．2 应力集中区域支护方案研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 3 6 ．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 7 巷道围岩控制效果监测评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 7 ．1监测目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 6 7 ．2 监测方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 7 7 ．3 现场监测数据分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 8 7 ．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 8 结论和展望⋯⋯“⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯。7 4 8 ．1主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 4 8 ．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 5 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 6 致{ 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 攻读硕士期间主要成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 0 山东科技大学硕士学位论文 目录 C o n t e n t s 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1R a i s i n go f p r o j e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．1 1 ．2P r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o no f d o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．3M a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr o u t eo f t e c h n o l o g y ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2E n g i n e e r i n gb a c k g r o u n d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯7 2 ．IG e n e r a ls i t u a t i o no f 6 3 0 3w o r k i n gf a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．7 2 ．2C o a ls e a mc o n d i t i o n so f 6 3 0 3w o r k i n gf a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯．⋯．．．．⋯．．．．．．．．⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．8 2 ．3R o o f a n df l o o rc o n d i t i o n so f 6 3 0 3w o r k i n gf a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．⋯．．．⋯⋯．8 2 ．4G e o l o g i c a ls t r u c t u r eo f 6 3 0 3w o r k i n gf a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯1 0 2 ．5H y d r o g e o l o g i c a ls i t u a t i o no f 6 3 0 3w o r k i n gf a c e ．⋯．．．．．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．1 2 2 ．6B r i e fs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯12 3T h ed e t e r m i n a t i o no ft r a c kt r a n s p o r t a t i o nt u n n e li nt h ef i r s t6 3 0 3f a c ep l a c e ⋯⋯⋯⋯．．1 3 ；．1F l o o r d a m a g ed e p t h o f l 3 0 3m i n i n g f a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 3 ．2T h ef i r s t6 3 0 3c o a lf a c ef u l l m e c h a n i z e dc a v i n gm i n i n go v e r b u r d e nr o c kl e a dw a t e rc r a c kw i t h d e v e l o p m e n tr e g u l a r i t i e sa l ee x p e c t e d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．14 3 ．3T h ef L r s tc o a lf a c e6 3 0 3f a u l tr e a s o n a b l ed e s i g n ．t h ew i d t ho f c o a lp i l l a r ⋯⋯⋯．．⋯．．．⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯．1 4 ；．4B r i e f s u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 4I s l a n dc o a lf a c et h r o u g hf a u l to fr o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c ks t r e s sf i e l da n a l y s i s ⋯⋯⋯17 4 ．1A n a l y s i so f i s l a n dc o a lf a c em i n i n gs t r e s sf i e l d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 4 ．2A n a l y s i so ff a u l ts t r e s sf i e l d ．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．19 4 ．3N u m ．e r i c a ls i m u l a t i } o n - o f i s l a n dc o a lf a c ef a u l ts t r e s sf i e l d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一j ．2 l 4 ．4B r i e fs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 5R e s e a r c ho ft h ec o u p l i n gs u p p o r tt e c h n o l o g yu n d e rc o m p l i c a t e dg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s 3 8 5 ．1T e c h n o l o g yo f s t r e n g t h e nt h ea n c h o rs u p p o r t i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 5 ．2T e c h n o l o g yo f a n c h o rr e i n f o r c e m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 6 5 ．3 R e s e a r c ho ns e l e c t i o no f s h e ds h o r i n gm a t e r i a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 5 ．4B r i e fs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．51 6D e s i g no fs u p p o r ts c h e m ei nt h es e c o n dg a t er o a dc r o s s h e a d i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 6 ．IS t r e s sa p p e a rs m o o t hr e g i o n a ls u p p o ns c h e m ed e s i g n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 3 6 ．2S t r e s sc o n c e n t r a t i o na r e as u p p o r ts c h e m ed e s i g n ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．．6 3 6 ．3B r i e f s u m m a r y ⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．⋯⋯⋯．6 5 7I n d u s t r i a lf i e l dt e s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 6 山东科技大学硕士学位论文目录 7 ．1M o n i t o r i n gp u r p o s e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯．6 6 7 ．2M o n i t o r i n gp r o g r a m m e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 7 ．3T h ef i e l dm o n i t o r i n gd a t aa n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 8 7 ．4B r i e fs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯7 3 8C o n c l u s i o n sa n do u t l o o k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 4 8 ．1M a i nc o n c l u s i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 4 8 ．2O u t l o o k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 5 R e f e r e n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 t ； T h a n k s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 9 M a i na c h i e v e m e n t sd u r i n gs t u d yo nm a s t e rd i s s e r t a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．8 0 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 绪论 1 ．1 课题的提出 我国上世纪建成投产的大部分矿井，基本都进入衰老阶段。延长矿井服务年限就显 得迫在眉睫，“孤岛”煤柱的回收能够很好的解决这一难题。孤岛工作面开采过程中会出 现很多问题，比如矿压的显现剧烈等，并且还会出现巷道支护与顶板管理困难等安全问 趔卜5 1 。特别是孤岛工作面开采过程中，巷道的掘进遇到复杂地质构造，如断层、陷落柱 等情况时，孤岛应力场和复杂地质情况的复合影响，更加加大了巷道掘进和支护的难度。 在过断层巷道围岩控制方面，相关学者及矿山技术人员进行了多种尝试，提出了一 系列支护对策，如锚杆、锚索支护系列技术、钢架支护系列技术、钢筋混凝土支护系列 技术、料石碹支护系列技术等，这些巷道支护技术对过断层巷道围岩稳定控制起到了一 定作用。但是砌碹、金属支架等均属于被动支护，本身支护强度较小，而且围岩与支架 接触关系较差，使得支架承载大多为偏载状态，支架实际承载能力与理论承载能力相差 较远，无法有效的控制巷道的围岩变形。 近年来，为应对复杂地质条件下巷道围岩支护困难的问题，基于理论分析和现场实 践经验，岩土专家提出要“先柔后刚，先抗后让，柔让适度，稳定支护”的围岩控制原则。 并由此发展起来各种组合样式的耦合支护技术，这很大程度上解决了复杂地质条件下围 岩控制的难题。 ．耦合支护是采用不同性能的单一支护的组合结构。耦合支护的形式有锚喷、．锚网喷、 锚梁喷、锚网梁喷、锚网带喷、锚网梁喷、锚网索带架等。要达到围岩有效控制的目的， 就必须因地制宜的采取耦合支护技术。 锚网索带架耦合支护是锚杆、锚索、金属网、钢带和工字钢支架并用的耦合支护结 构。整个支护结构既有较高的支护抗力又能起到很好的护表效果，既能充分发挥锚杆利 用围岩自承能力来约束围岩自身变形，提高围岩的稳定性，又能使金属支架与锚杆共同 对围岩作用，对围岩变形提供较高的支护阻力，因而有利于控制围岩变形。 运河煤矿6 3 0 3 工作面位于1 采区1 3 0 3 综放工作面和6 采区6 3 0 1 综放工作面之间。 由于1 3 0 3 综放工作面和6 3 0 1 综放工作面已经开采完毕，因此6 3 0 3 工作面成为一个孤岛 工作面。另外，沿6 3 0 3 工作面走向方向有一条落差为4 0 ～6 5 m 的B F 7 逆断层，该断层 山东科技大学硕士学位论文 绪论 几乎贯穿整个工作面走向方向。B F 7 断层将6 3 0 3 工作面分成上下盘两个部分 即6 3 0 3 第一工作面和6 3 0 3 第- - I 作面 ，因此，6 3 0 3 工作面掘进和回采过程中，为了使上、下 盘两个面能够形成一个完整回采系统，除面临孤岛应力场作用下矿压显现剧烈的问题外， 还要应对过大断层巷道布置和支护等问题。 因此，根据运河煤矿6 3 0 3 工作面过断层巷道特殊的围岩地质条件，围绕“孤岛应力 场、断层应力场和采动应力场‘三场’叠加复合应力场”、⋯三场’叠加条件下巷道围岩控制 技术”等方面开展工作，着重研究锚网索带架耦合支护技术对于复杂地质条件下围岩稳 定性控制的效果，提高锚网索带架耦合支护设计的理论水平，从而更好的指导生产实践， 改善巷道围岩控制的效果，并对其它矿井类似条件巷道的支护设计具有一定的借鉴意义。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 孤岛、断层和采动应力场的复合应力场国内外研究现状 对于孤岛、断层和采动应力场的复合应力场理论现阶段还没有完善的系统研究，只 是利用现有的孤岛应力场理论、断层应力场、采动应力场和相关矿山压力理论进行相关 问题的分析和解释，同时，可以从个别工程上获得某种情况下的应力场复合场理论认识 和围岩控制的技术经验。 1 矿山压力理论的国内外研究现状 1 压力拱假说 2 0 世纪5 0 年代，F 许普鲁特提出了压力拱假说他通过理论研究认为采场在一个“前 脚在煤壁、后脚在采空区”的拱结构的保护之下。该观点解释了两个矿压方面的现象① 支架承受上覆岩层的范围是有限的；②煤壁上和采空区上将形成较大的支撑压力，其来 源是控顶上方的岩层重量【6 1 。 2 “砌体梁”理论 断裂带岩层中已破断的岩块如同砖石结构的砌体，形成的平衡结构称之为“砌体 梁’’⋯1 1 。钱呜高提出了上覆岩层开采后呈砌体梁式结构力学模型。 3 岩板理论 钱鸣高等提出了各种不同支撑条件下的W i k n l e 力学模型、弹性基础上的K i c h h o f f 板力学模型㈦。姜福兴对长厚比小于5 ～8 倍的中厚板进行解算【1 3 l ，取得了相应的的成果。 山东科技大学硕士学位论文 绪论 4 关键层理论 钱鸣高课题根据之前的研究提出了关键层理论【1 4 】。将起主要控制作用的岩层称为关 键层。覆岩中的关键层一般是厚度较大的坚硬岩层。关键层判断的主要依据是其变形和 其破断特征。 5 “传递岩梁”理论 宋振骐提出了t - 传递岩梁’’理论【”】，该理论是以预测预报、控制设计和控制效果判断 为基础。理论揭示了揭示岩层运动、采动支承压力之间的关系，并且明确的提出了内外 应力场观点，提出了系统的采场来压预报理论和技术。 2 孤岛工作面沿空掘巷矿压显现规律研究现状 侯朝炯等【1 6 1 提出‘‘大小结构”的观点，建立“大结构”模型，并且提出了锚固范围内围 岩形成统一的承载结构一巷道围岩“小结构”的观点。 刘增辉等【1 7 1 以相似材料模拟实验为基础，对综放工作面煤巷煤柱逐渐缩小，巷道围 岩破坏特征及顶板帮部变形量进行了研究。 赵鹏等‘1 8 1 通过数值、物理模拟实验、现场工业性实验等方法对小煤柱沿空巷道稳定 性进行了系统的研究。 3 断层应力场矿压显现规律研究现状 断层是影响煤矿安全开采的重要因素，对工作面进行准确的构造分析，对煤矿开采 及采场围岩支护起到了决定性作用【1 9 。2 0 1 。 对于断层力学的定量研究最早始于A n d e r S o n 【2 1 之2 1 ，历史上对断层力学的理论研究大 体经历了三个阶段①从外力作用方式分析断层的形成机制；‘②通过构造应力场分析断 层分布规律；③应用滑移线场研究断层。 阮怀宁【2 3 1 综述了受力状态、应力场、滑移线场理论三种方法对断层的研究。孟召平， 彭苏平，黎洪【2 4 】系统揭示了正断层对煤的物理力学