综放软围岩混凝土自锁实体墙沿空留巷技术研究.pdf

分类号分类号 TDTD3 32222 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 综放软围岩混凝土自锁实体墙沿空留巷综放软围岩混凝土自锁实体墙沿空留巷 技术技术研究研究 阚忠辉阚忠辉 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张张 培培 森森 职职 称称副副 教教 授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二二 一一七七年年六六月月 万方数据 论文题目论文题目 综放软围岩混凝土自锁实体墙沿空留巷综放软围岩混凝土自锁实体墙沿空留巷 技术技术研究研究 作者姓名作者姓名 阚阚 忠忠 辉辉 入学时间入学时间 2014 年年 9 月月 专业名称专业名称 采矿工程采矿工程 研究方向研究方向 矿山压力矿山压力与岩层与岩层控制控制 指导教师指导教师 张张 培培 森森 职职 称称 副副 教教 授授 论文提交日期论文提交日期2017 年年 4 月月 论文答辩日期论文答辩日期2017 年年 6 月月 授予学位日期授予学位日期2017 年年 6 月月 万方数据 GOB SIDE ENTRY RETAINING TECHNOLOGY OF SELF LOCKING CONCRETE WALL IN FULLY MECHANIZED CAVING SOLF SURROUUNDING ROCK A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Kan Zhonghui Supervisor Professor Zhang Peisen College of Natural Resources and Environmental Engineering 万方数据 June 2017 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除所列参考文献和世所公本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除所列参考文献和世所公 认的文献外，全部是本人攻读学位期间在导师指导下的研究成果。除文中已经认的文献外，全部是本人攻读学位期间在导师指导下的研究成果。除文中已经 标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研 究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 硕士生签名硕士生签名 日日 期期 万方数据 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解山东科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所本人完全了解山东科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所 撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理。撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理。 作为申请学位的条件之一，作为申请学位的条件之一，学校有权保留学位论文并向国家有关部门或其学校有权保留学位论文并向国家有关部门或其 指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文的全部或部分内容编入指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库发表，并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版；允许学有关数据库发表，并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版；允许学 校档案馆和图书馆保留学位论文的纸质版和电子版，校档案馆和图书馆保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫可以使用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文；为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆描等复制手段保存和汇编学位论文；为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆 可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内 师生阅读、浏览。师生阅读、浏览。 （保密的学位论文在解密后适用本授权）（保密的学位论文在解密后适用本授权） 硕士生签名硕士生签名 导师签名导师签名 日日 期期 日日 期期 万方数据 学位论文审查认定书学位论文审查认定书 研究生研究生 在规定的学习年限内， 按照培养方在规定的学习年限内， 按照培养方案及个人培养计划，案及个人培养计划， 完成了课程学习，成绩合格，修满规定学分；在我的指导下完成本学位论文，完成了课程学习，成绩合格，修满规定学分；在我的指导下完成本学位论文， 论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关 规定，同意将本论文作为申请学位论文。规定，同意将本论文作为申请学位论文。 导师签名导师签名 日日 期期 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 I 摘摘 要要 本论文以石泉煤矿 30105 工作面实际地质条件为依据，采用理论分析、室 内实验结合数值模拟的方法，对沿空留巷覆岩运动和结构演化规律、留巷围岩 受力情况、自锁实体墙结构设计和稳定性以及巷旁支护体结构参数对留巷稳定 性的影响进行了系统分析，得出的主要结论如下 （1）根据沿空留巷覆岩运动规律及覆岩“大、小结构”理论，系统分析了 沿空留巷顶板应力传递机制，提出了留巷围岩“可控关键带”理论，“可控关 键带”是由巷旁支护体、实体煤帮、巷道顶底板通过巷内、巷旁支护共同组成 留巷稳定维护系统， 通过对各部位的合理控制， 可有效保证沿空留巷的稳定性。 （2）分别对留巷围岩各支护结构构建了力学模型，并对其进行受力分析， 本文将具有不同刚度的巷旁支护体、直接顶、底板看作巷旁支护系统，构建了 巷旁支护系统力学模型，分析了巷旁支护系统总变形量 S 与系统刚度 k 的关系 以及各分部刚度对巷旁支护系统变形的影响。 （3） 采用相似材料模拟实验对综放沿空留巷在不同影响阶段时巷道围岩的 应力及变形规律进行了研究，两次采动超前支承压力都对巷道围岩变形产生较 大影响且二次采动对留巷围岩稳定性影响更严重，留巷后工作面倾斜方向残余 支承压力会对墙体倾斜方向的稳定性产生较大影响。 （4）基于对现有巷旁支护体优缺点的详细分析，设计了混凝土预制块自锁 实体墙，通过 solidworks 三维模拟软件详细模拟了墙体砌块结构及其砌块排列 方式，并通过 FLAC3D数值模拟软件对自锁实体墙稳定性进行模拟分析，得出 自锁实体墙稳定性优于普通组装墙。 （5）采用 FLAC3D数值模拟软件，模拟分析留巷围岩稳定性随工作面推进 的动态变化规律，全面分析了巷旁支护体的强度、宽度及其结构对留巷围岩稳 定性的影响。研究结果表明，巷旁支护体强度、宽度越大，留巷围岩越稳定， 但存在成本高，进度慢等缺点，从安全与经济的角度综合确定了巷旁支护体强 度与宽度；接顶让压材料具有保证墙体整体强度的同时，又使巷旁支护体具有 适当的可变形性，更有利于巷旁支护墙体的稳定。 关键词关键词沿空留巷；可控关键带；自锁实体墙；围岩稳定性；数值模拟； 相似材料 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 II Abstract In this paper, according to the actual geological conditions of 30105 working face in Shiquan coal mine, through theoretical analysis, laboratory experiment and numerical simulation, the gob side entry retaining overburden movement and structural evolution, the surrounding rock stress, the structure design of self-locking solid wall and influence of body structure parameters of roadside support on stability of roadway are analysed systematically, the main conclusions are as follows 1According to the gob overburden movement and overburden large structure, small structure theory, system analysis of the gob roof stress transfer mechanism, put forward the surrounding rock “controllable critical zone“ theory, “controllable critical zone“ by the roadside barrier, solid coal, the roof and floor of the roadway through the lane, roadside support composed of retaining roadway stability maintenance system, and through the reasonable control of the controllable critical zone in different parts, can effectively guarantee the stability of gob side entry retaining. 2The retained roadway surrounding rock support structure mechanical model is established, and the stress analysis is carried out. The paper take roadside wall, roof and floor directly with different stiffness as roadside support system, construct mechanical model of roadway support system, Analysis of the relationship between the total deation S and stiffness K of roadway support system and each segment stiffness influence on deation of roadway support system. 3 The stress and deation law of surrounding rock in fully mechanized gob side entry retaining roadway at different stages were studied by means of similar material simulation experiment, The two mining abutment pressure has a great influence on the deation of the surrounding rock and the influence of the two mining on the stability of the surrounding rock is more serious, the residual support pressure in the inclined direction of the working face of the retaining wall has a great influence on the stability of the inclined direction of the wall. （4）Design of the precast concrete block locking solid walls based 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 III on a detailed analysis of the advantages and disadvantages of the existing driftside system, through three-dimensional simulation software solidworks simulates the wall block structure and block arrangement, analysis of the self-locking solid wall stability through FLAC3D numerical simulation, the self-locking solid wall is more stable than ordinary wall assembly. 5 Using FLAC3D numerical simulation software, simulation analysis of dynamic changes of stability of surrounding rock for the lane with the advance of working face, a comprehensive analysis of the impact strength、width、structure of roadside barrier to keep the stability of surrounding rock roadway. The results show that the larger the roadway support width, the more stable the surrounding rock, but there are shortcomings of high cost, slow progress, from safety and economy comprehensively determine the intensity and width of roadway support; the top pressure materials is to ensure that the overall strength of wall, make the roadside barrier have appropriate deability at the same time, more conducive to the stability of roadway support wall. Key words gob-side entry retaining; controllable critical zone; locking solid walls; Stability of surrounding rock; numerical simulation; similar material 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 IV 目目 录录 摘摘 要要 ............................................................................................... I I 目目 录录 ......................................................................................... IVIV 1 1 绪论绪论 ............................................................................................. 1 1 1.1 研究背景及意义 ................................................................................................. 1 1.2 国内外研究现状 ................................................................................................. 2 1.3 国内外相关研究存在的问题与不足 ................................................................. 6 1.4 研究的内容及创新点 ......................................................................................... 7 1.5 研究技术路线 ..................................................................................................... 8 2 2 综放沿空留巷覆岩运动规律及围岩控制力学解析综放沿空留巷覆岩运动规律及围岩控制力学解析 .................... 1010 2.1 沿空留巷覆岩运动规律及围岩控制重点 ....................................................... 10 2.2 综放沿空留巷围岩控制力学解析 ................................................................... 14 2.3 本章小结 ........................................................................................................... 26 3 3 沿空留巷沿空留巷相似模拟试验研究相似模拟试验研究...................................................... 2727 3.1 研究区域的地质条件概况 ............................................................................... 27 3.2 试验目的 ........................................................................................................... 29 3.3 试验理论依据 ................................................................................................... 29 3.4 试验设备 ........................................................................................................... 30 3.5 实验设计 ........................................................................................................... 30 3.6 试验模型制作 ................................................................................................... 34 3.7 试验结果分析 ................................................................................................... 36 3.8 本章小结 ........................................................................................................... 46 4 4 混凝土预制块自锁实体墙结构及稳定性研究混凝土预制块自锁实体墙结构及稳定性研究 ........................... 4747 4.1 自锁实体墙墙体结构形式 ............................................................................... 47 4.2 井下墙体砌筑工艺流程 ................................................................................... 50 4.3 自锁实体墙稳定性模拟研究 ........................................................................... 54 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 V 4.4 本章小结 ........................................................................................................... 58 5 5 综放沿空留巷围岩稳定性模拟分析综放沿空留巷围岩稳定性模拟分析 .......................................... 5959 5.1 数值模型的构建 ............................................................................................... 59 5.2 研究内容与模拟方案 ....................................................................................... 62 5.3 模拟结果分析 ................................................................................................... 63 5.4 本章小结 ........................................................................................................... 79 6 6 结论与展望结论与展望 ................................................................................ 8181 6.1 结论 ................................................................................................................... 81 6.2 展望 ................................................................................................................... 82 参考文献参考文献 ......................................................................................... 8383 致致 谢谢 ............................................................................................. 8888 攻读硕士期间主要成果攻读硕士期间主要成果 ................................................................... 8989 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 VI Contents Abstract........................................................................................................................ I Contents .................................................................................................................... IV 1 Introduction ......................................................................................................... 1 1.1 Research Background and Significance .....................................................................1 1.2 Current Research Situation at Home and Abroad ........................................................2 1.3 Existing Problem and Deficiency of the Relevant Research at Home and Abroad ...........7 1.4 Research on Contents and Innovation .......................................................................7 1.5 Research on Technique Course.................................................................................8 2 Fully Mechanized Gob-side Entry Retaining Overlying Strata Movement and Surrounding Rock Control Theory and Mechanics Analysis ....................... 10 2.1 Movement Rule of Strata and Surrounding Rock Control in Gob-side Entry Retaining .. 10 2.2 Mechanics Analysis of Gob-side Entry Retaining Surrounding Rock Control............... 14 2.3 Brief Summary .................................................................................................... 26 3 Similar Simulation Test Research of Gob-side Entry Retaining ................... 27 3.1 Researsh on Survey of Geological Conditions of the Region ...................................... 27 3.2 Experiment Objective ........................................................................................... 29 3.3 Theory of Experiment ........................................................................................... 29 3.4 Experiment Equipment ......................................................................................... 30 3.5 Experiment Design ............................................................................................... 30 3.6 Experiment Model Making .................................................................................... 34 3.7 Analysis of Experiment Results.............................................................................. 36 3.8 Brief Summary .................................................................................................... 46 4 Study on the Structure and Stability of Self Locking Concrete Wall of Precast Concrete Block ............................................................................................ 47 4.1 Self Locking Solid Wall Structure .......................................................................... 47 4.2 Wall Underground Masonry Process Flow ............................................................... 50 4.3 Simulation Study on Stability of Self Locking Solid Wall .......................................... 54 4.4 Brief Summary .................................................................................................... 58 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 VII 5 Simulation Analysis of Surrounding Rock Stability of Gob side Entry Retaining in Fully Mechanized Caving Mining .................................................... 59 5.1 Establishment of the Numerical Model.................................................................... 59 5.2 Research Content and Simulation Scheme ............................................................... 62 5.3 Analysis of Simulation Resul