综放异形煤柱沿空留巷锚网支护与加固技术研究.pdf

综放异形煤柱沿空留巷锚网支护与加固技术研究 韦文兵，王金安，冯锦艳 北京科技人学上术与环境工程学院，北京1 0 0 0 8 3 擒要提出并实施了以加固沿空异形煤柱为主、悬承锚网支护留巷囤为辅的综合控制技术，形成了对受采动影响 的巷道进行机理明确、在关键部位和关键时期进行有效控制的技术体系，并在理论上揭示了异形煤柱不同宽度处 巷道支护的作用机理。通过现场实施，取得了较好的支护效果。 美t 词t 采矿工程；综放；沿窄留巷；异形煤柱；锚网支护；控制系统 中田分类号T D3 5 3文献标识码A 文章■号l1 0 0 0 6 9 1 5 2 0 0 5 增1 5 1 4 1 0 5 S U P P o R TA N DR E I N F O R C E M E N TT E C H N I Q U EF o RT H Ep R o T E C T E D I R R E G U L A RP Ⅱ．L A RA N DR E M A I N E DG A T E ⅥA YA L o N GF U L L Y M E C H A N I Z E DT o PC A V l N GM I N 矾GF A C E W E IW e n - b i n g ，W A N GJ i n a n ，F E N GJ i n y a n S c t u , o l 。，C i v i l a n d E n v i r o n m e n t E n g i n e e r i n g ，U n i v e r s i t y o f S c i e n c ea n d T e c h n o l o g y a e i j i n g ，B e 圻n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ep r e s s u r ec h a r a c t e r i s t i c so ft h er e m a i n e dr o a d w a ya l o n gg o a f ，a c o m p r e h e n s i v es u p p o r ts y s t e mi sd e s i g n e da n dt h er e a s o n a b l ep a r a m e t e r so ft h es u p p o r ts y s t e ma r ed e t e r m i n e db y n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n da n a l y s i so fr o c kb r o k e nz o n e ．T h es u p p o r t i n gm e c h a n i s mf o rd i f f e r e n tw i d t ho fp i l l a r p r o t e c t i o ni sc l a r i f i e d ．T h ec o n t r o lt e c h n i q u ei sp r o p o s e da n de m p l o y e dt h r o u g hr e i n f o r c i n gi r r e g u l a rp i l l a ri ni t s t w os i d e s ，i n s t a l l i n gar o wo f h y d r a u l i cp r o pa n da n c h o r i n go f r o o fs t r a t aw h i c hh a n g st h em e s ha n db o l tr o c km a s s a sa na u x i l i a r ym e a n st os u p p o r tt h eg a t e w a y , T h er e i n f o r c i n gs y s t e mf o r m sas e to fc o n t r o ls y s t e m ，w h i c ha c t sa t t h ek e yp o s i t i o na n di nk e yp e r i o di nc l e a rm e c h a n i s mt ot h em i n i n gi n f l u e n c e dg a t e w a y ．T h es i t em e a s u r e m e n t s h o w sg o o dr e s u l t so ft h es u p p o r t ． K e yw o r d s ．．m i n i n ge n g i n e e r i n g ；f u l l ym e c h a n i z e dt o p c a v i n gm i n i n g r e m a i n e dg a t e w a ya l o n gg o a l i r r e g u l a r p i l l a r t h em e s ha n db o l ts u p p o r t ；c o n t r o ls y s t e m 1 引言 靖远煤业公司红会4 矿4 7 0 2 作面是综放开采 工作面。其上部以北的4 6 0 4 工作面原设计也为综 放开采面，但在施工过程中遇见空巷、空棚，并经 探测区内仍有非正常区，已无法按原设计进行综放 开采。经研究，调整为先综放开采下区段的4 7 0 2 工作面。2 工作面之间有宽5 ～3 0m ，长约3 0 0m 的异形煤柱 图1 。尽管4 6 0 4 面无法综放开采，但 在4 7 0 2 面开采后，仍可用其他方法进行回采。 4 7 0 2 面煤层厚9m ，平均倾角2 0 。。由于开采 顺序调整，4 6 0 4 运输机巷变成了沿空留巷。我国从 2 0 世纪7 0 年代后期就开始重视沿空留巷技术，并 收■日期l2 0 0 4 一I o 一2 0 謦回日期l2 0 0 4 1 1 1 6 作者蕾介，韦文．睡 1 9 7 6 一 ．男，硕士，2 0 0 2 年毕业于北京科技大学交通土建专业，现主要从事岩土及采矿_ _ [ 程寿面的研究T 作aE - 肿i l w e n b i n g w e i s o h uc o r n 。 二翌竺二一 堂互垄堂兰王堡兰塑 塑 圈l4 7 0 2 综放而与4 6 0 4 沿空留巷位置示意图 F i g ．1 S c h e m a t i cp l o to ft h em i n i n gf a c e4 7 0 2a n dg a t e w a y 4 6 0 4 在沿空留巷的矿压显现规律及“支架一围岩”关系 等方面的研究取得了很大进展“l 。早期沿空留巷主 要采用架棚支护，但随着综放开采技术发展，架棚 支护已无法满足巷道断面增加的需要，且架棚支护 是一种被动支护形式，不能有效地对综放面煤层顶 板进行支护，容易发生离层、冒顶，而在棚梁之上 形成空洞和破碎区”J 。因此，近年来，锚网支护开 始在国内外沿空巷道中得到研究和应用。锚网支护 改善了巷道支护状况，它是主动支护，能及时加固 围岩，利用围岩自身强度减少围岩变形，并可克服 金属支架适应大压缩量难的缺点口 ⋯。不过对于综 放开采的沿空留巷，受到一、二次采动影响较大， 并要经受剧烈矿压作用，因此，在这种情况下，锚 网支护能否成功，仍需进行进一步的实践与研究， 对其作用机理也需作进一步探讨。 异形煤柱是指煤柱一方面沿走向宽度发生变 化，另一方面，煤柱在综放采场一侧和巷道一侧的 高度不同。在调整开采方式之前，4 6 0 4 运输机巷和 4 7 0 2 轨道巷己按实体煤巷进行了锚网支护，顶板采 用矿1 4m m 快硬水泥金属锚杆，长度1 ．81 1 1 ，局部顶 锚长2 ．21 1 1 ，间距0 ．8m 巷道两帮除距顶板1 ／3 处 采用竹劈锚杆，其余均为讲4I T I I l l 金属锚杆，长 1 ．8I ／1 ，间距o ．81 1 1 。但由于开采顺序改变，矿压显 现加剧。为避免回采期间煤柱严重破坏、失稳和 4 6 0 4 运输机巷顶板垮落，必须对沿空异形煤柱及巷 道项板进行进一步有效加固和控制，这是保证 4 6 0 4 沿空留巷成功的关键。 2 技术路线 根据异形煤柱沿空留巷的特点及沿空留巷矿压 显现规律，加固控制方案主要由以下3 部分组成 1 对巷旁煤柱的整体控制。沿空留巷稳定的 关键在于保证煤柱不失稳，煤柱稳定是顶板围岩稳 定的基础，而顶板岩层的作用力主要通过煤柱传递 到底板，若帮部煤柱失稳，顶部锚固圈也难以维 持。4 7 0 2 采面一层煤属中硬煤层，在中等和较低围 压下出现单、双剪形式破坏可能性较大，而控制剪 切破坏的有效途径是选择“双锚”加固方案，即对 煤柱两侧实施锚固。巷道肩窝处和底角为支护的关 键部位，因此，在煤帮的顶部和底部应分别打上一 排扎角锚杆，同时，在煤柱中部两侧打上一排水平 锚杆以提供～定的侧向约束力，控制煤柱中部变 形。 通过数值分析，护巷煤柱的静态松动圈厚度约 为1 ．3m ，动压松动圈厚度约为2 ．5m 。此处，松动 区的范围根据巷道周边的垂直应力来判断，即近似 认为垂直应力小于原岩应力的区域为松动区。对采 动影响巷道进行锚喷支护设引时，有根据静态松动 圈或动压松动圈设计2 种方法”】。由于4 6 0 4 运输机 巷受到的采动影响较大，如果按照静态松动圈进行 锚杆参数设计，难以保证巷道安全，而若完牟按动 压松动圈设计锚杆参数，则锚杆太长而不经济。考 虑到回采期间会采取超前临时加强支护，所以，设 计锚杆长度略小于动压松动圈厚度，取2 ．2m 。 。 2 对巷道顶板岩层的控制。为保护巷道顶部 锚固圈，在4 6 0 4 运输机巷的顶部施加～排锚索，将 锚固圈内的岩石悬吊在相对稳定的老顶岩层中。由 于锚索支护是一种加强围岩完整性及稳定性的主动 支护形式，锚索锚紧后，其集中应力以压力分布线 传递至围岩的内部，能对深部煤岩起到加固作用， 这样与普通锚杆对浅部岩体的加固相互补充，长短 结合，能有效地提高围岩的稳定程度。此外，锚索 支护作为一种高承载力的支护手段，也能减轻巷旁 压力。由于巷道顶部有约6m 厚的煤层，为能使锚 索端部深入稳定岩层，选择锚索长度为7m 。 3 巷内临时支护控制。对沿空留巷采取控制 措施时，不仅要对关键部位进行加强支护和控制， 还应在巷道受采动影响较大的关键时期采取临时控 制措施。沿空巷道受一次采动影响时，超前影响范围 一般为1 0 ～3 0m ，后方影响范围一般为3 0 ～5 0m 。 因此，需在此段影响范围内布置临时单体液压支柱， 控制顶底板变形速度，保护巷旁煤柱。支柱能为煤 帮分担‘部分压力，从而，使顶板的一部分压力直 接通过支柱传递到底板，有利于煤帮的稳定。 三坚 兰塑土立茎墨竺堡墼墨兰堡壁翌室鱼童堕塑塞塑皇垫里垫查堑塞 i 塑 3 支护参数 综上所述，4 6 0 4 沿空留巷决定采用锚杆锚索及 支柱联合支护方式，具体加固方案如下 1 4 7 0 2 轨道巷上侧煤帮加固 采用≯1 6m m 快硬水泥金属锚杆，锚杆长度 2 ．2m ，间、排距1 ．2m ，每个加固剖面由上至下布 置3 排锚杆，其中，上部锚杆上仰3 0 。，- 扣部锚杆 水平布置，下角锚杆下倾3 0 。。 2 4 6 0 4 运输机巷加固 对4 6 0 4 运输机巷加固由3 部分组成①下山 侧煤帮锚固，加固参数同4 7 0 2 轨道巷上侧煤帮；② 采用单体液压支柱贴下山侧煤帮支护顶底板，支柱 沿巷道走向间隔1m 布置，临时加固范围从工作面 后方4 0 m 到工作面前方3 0 m 。③在4 6 0 4 巷道顶 板靠下帮1 ，3 处施加锚索，锚索规格为口1 5 ．2r a m o 7m ，倾角1 5 。。加固后4 6 0 4 运输机巷整体支护情 况见图2 。 图24 6 0 4 沿空留巷整体支护系统 F i g ．2 F u l ls u p p o r ts y s t e m o f 4 6 0 4 9 a t e w a y 4 加固作用效果与作用机理 4 ．1 不同加固播施的作用效果及作用机理 为明确不同加固措施及联合作用的作用效果与 机理，按如下顺序进行F L A C 数值模拟计算分析 l l l 在原锚网支护的基础上施加加固锚杆； 2 在施加加固锚杆基础上施加单体液压支 柱； 3 1 在加固锚杆及液压支柱基础上施加锚索。 这种逐渐累加的过程不但可以明确每种加固措 施的作用效果和作用机理，而且在加固措施累加的 过程中，可以得出不同支护措施的相互作用机理， 明确支护系统的作用规律。此处主要以宽1 5m 的 煤柱为例对各种支护措施的效果以及机理进行研 究。 从图3 可看出，施自n J J n 固锚杆后，下帮围岩内 的水平应力明显提高，这说明加固锚杆使下帮煤柱 的侧向约束增强，围压增大，同时也能提高煤体的 残余抗压强度∞J 。 妻 、 景 堪 卧 苌 图3 煤柱内水平应力 F i g ．3 H o r i z o n t a ls t r e s si nt h ec o a lp i l l a r 从图4 ，5 可看出，施加加固锚杆及支柱后，顶 板围岩应力变化不大，而继续施加锚索后，顶板围 岩内的水平和垂直应力明显增大，这说明锚索不仅 图4 巷道顶板中部水平应力 F i g ．4 H o r i z o n t a ls t r e s si nt h et o ps t r a t ao f t h eg a t e w a y 图5 巷道项板中部垂直应力 F i g ．5 V e r t i c a ls t r e s si nt h et o ps t r a t a o f t h eg a t e w a y 二里竺二一堂至垄兰皇三堡兰堡 业笙 能将项板锚固圈很好地悬吊在老顶上，还能在增加 顶板垂直应力的同时增强顶板用岩的水平约束力， 从而使顶板围岩形成‘个更紧密的承载体。 从图6 可以看} } } 1 施加加同锚杆后，上帮 的水平位移减小了约3C 1 T I ，下帮的水平位移减小了 1 3c m ，这表明加固锚杆可以有效地控制巷道帮部特 别是下帮的位移。 2 施加加固锚杆后，巷道顶板 的下沉量明显减小，继续给巷道下山侧施加单体液 压支柱，由于支柱的支撑作用，巷道中部和下山侧 顶板产生的垂直位移继续减小，巷道上山侧顶板垂 直位移基本不变。施加锚索后，巷道中部和F 山侧 顶板下沉量继续减小。这说明此3 种加固措施均对 减小顶板下沉量有一定效果。 3 施加加固锚杆后， 巷道中部底板的位移明显减小，这说明加固煤帮能 在～定程度上控制底鼓。 4 顶板下沉不均匀，靠采 空区一侧的项板较实体煤侧顶板下沉量大，与文[ 7 ] 的试验研究结果类似。采空区侧项板下沉量大可能 主要是南于老顶岩层的回转运动引起的。 2 ．5 2 ．0 1 1 ．5 ≈ 1 ．0 0 ．5 0 ．0 0 ．5l0 I5 2 ．02 ．53 ．03 ．5 ￡／m 圉64 6 0 4 运输机巷周边位移曲线 F i g6D i s p l a c e m e n to fs u r r o u n d i n gr o c k si ng a t e w a y4 6 0 4 此外，煤帮底角加固锚杆还能起到防止层间错 动的作用。因为巷道底板有一层约o ．8m 厚的煤皮， 帮角锚杆还能将此煤皮层很好地锁定在底板上，防 止层问错动。 4 ．2 整体加同效果与机理分析 从表1 可看出，煤柱宽为2 0m 以下时，加固 后，煤柱内的垂直和水平平均应力都有所提高。加 固的作用机理如图7 所示，加固使巷道围岩应力状 态改变，侧向应力增高，而随着最小主应力以增 大，原破坏岩体 莫尔圆与莫尔强度曲线相切 莫尔 圆向右移动或收缩到莫尔强度曲线以下 极限强度之 内1 。 寰1 加固前后煤柱内平均应力对比 T a b l e1 A v e r a g es t r e s si np i l l a rb e f o r ea n da f t e r r e i n f o r c e m e n t 夔尔强度由线／／ y ／ c彩每■ 彳 o 毋d ；仉d 图7 加固前后莫尔圆与岩体强度变化 F i g7 D i f f e r e n c eo f r o c ks t r e n g t ha n d M o l a rc i r c l e b e f o r e a n da f t e rr e i n f o r c e m e n t 4 ．3 不同煤柱宽度时锚杆作用机理的区别 对于较小宽度的煤柱，煤柱两侧锚杆的作用体 现在提高煤岩的残余强度方面；而对于较大宽度的 煤柱，煤柱两侧锚杆的主要作用有减小塑性区宽 度、提高煤柱中部煤体的峰值强度以及提高煤柱边 缘煤体的残余强度。 从岩石的全应力一应变曲线看，岩石试件在压 缩荷载的作用下变形过程可分成4 个阶段孔隙裂 隙压密阶段、弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段、 非稳定破裂发展阶段、破裂后阶段。当煤柱宽度较 小时，在采动影响下，煤柱内的塑性区已经贯通， 煤岩变形属于峰值点以后的阶段，即破裂后阶段， 所以此时锚杆的作用主要是提高煤体的残余抗压强 度。而当煤柱宽度较大时，煤柱内的塑性区不会贯 通，中间部分有一弹性核区，此区域内的煤岩属于 峰值点之前微破裂稳定发展阶段或非稳定破裂发展 阶段，锚杆对此部分煤岩的作用主要是控制煤体裂 隙的发展和不稳定传播，提高其峰值强度，同时锚 杆也有助于提高煤柱边缘塑性区内煤岩的残余强度 及控制塑性区宽度的进 步扩大。 ．塑耄一塑 童壅墨量堡垫量堑堡垫塑皇里董堕堕奎芝皇型型垫查竺塞 塑 合理的。 5 现场支护效果评价 从巷道的观测结果看，沿空留巷锚网联合支护 起到了较好的控制效果，保证了开采的正常进行。 表2 给出了典型断面处1 次采动影响后巷道变形监 测结果。由于沿空留巷受采动影响较大，局部巷道 断商产生收敛变形不可避免，但从巷道全长范围 看，巷道的收敛变形没有对煤层的正常开采造成影 响，即使局部区段变形稍大，也只需简单维护即可。 从顶板离层监测结果看，总体上离层值较小，顶板 浅部离层最大1 5l r m l ，深部离层最大1 0m m ，这说 明锚索刘顶板离层起到了很好的控制效果 图8 。 裹2 一次采动影响后4 6 0 4 沿空冒巷断面变形监测结果 T a b l e 2M e a s u r e dd i s p l a c e m e n to f4 6 0 4g a t e w a ya f t e r f i r s tm i n i n g 图8 巷道支护效果 F i g ．8A p p e a r a n c e o f t h eg a t e w a ya f t e r b e i n gs u p p o r t e d 6 结论 根据沿空留巷矿压显现规律特点，对综放异形 煤柱沿空巷道实施了锚杆锚索及支柱联合支护，并 在设计锚杆参数时采取了兼顾动静松动圈的方法。 现场监测结果表明，这种以加固沿空异形煤柱为主、 悬承氏网支护留巷圈为辅的综合控制技术是有效和 研究表明，锚索不仅能将顶板锚同圈很好地悬 吊在老顶l ，还能在增加顶板垂直应力的同时增强 顶板围岩内的水平约束山，从而使顶板围岩形成 个更紧密的承载体。对较小宽度煤柱，煤柱两侧锚 杆的作用体现在提高煤岩的残余强度方面；而对较 大宽度煤柱，两侧锚杆主要作用有减小掣性区宽度、 提高煤柱中部煤体的峰值强度及提高煤柱边缘煤体 的残余强度。该联合支护中的3 种加固措施均对减 小顶板下沉量有一定效果，同时，加固煤帮能在一 定程度上控制底鼓。 参考文献 R e f e r e n c e s l 】刘听成无煤柱护巷的应用与进g l J I 矿山压力与项扳管理， 1 9 9 4 ， 4 2 1 0 ． L t hT i n g c h e n gA p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n ti n m a i n t a i n i n gr o a d w a y sw i t h o u tc h a i np i l l a r s [ J ] G r o u n dP r e s s u r ea n d S w a m C o n t r o l ，1 9 9 4 ， 4 2 。1 0 m C h i n e s e j [ 2 ]黄福昌，张英民，李士岗等充州矿匡煤巷锚网支护技术[ M I 北 京煤炭工业山版社．2 0 0 0 H u a n gF u c h a n g ，Z h a n gY i n g m i n ，“ S h i g a n g ，e t a lB o l t - m e s hT e c h n i q u ei nY a r t z h o uC o a lF i e l d [ M ] ． B a l j i n g * C h i n a C o a l I n d u s t r y P u b l i s h i n g H o u s e ，2 0 0 0 ． i n C h i n e s e 【3 l卢喜山。雷并锋．姚理忠．全锚支护技术在德国煤矿的应用m 煤，2 0 0 0 ，9 6 5 4 5 6 L u X i s h a n ，L e i Y a n g f u n g ，Y a o L i z h o n g T e c h n o l o g ya p p l i c a t i o no fa l lb o l ts u p p o r ti nG e r m a n yc o a ln f i n e [ J ] C o a l ，2 0 0 0 ，9 6 5 4 5 6 i nC h i n e s t 【4 1李必传双沿空掘巷高性能锚杆支护技术的应甩【1 1 煤矿安全， 2 0 0 3 ，3 4 8 2 2 2 4 ． L iB i c h n a nA p p l i c a t i o no f } 嘞q u f l i 口b o l t t e c h n i q u ei nr o a d w a ya l o n gg o a fb o t hs i d e s ] J ] C o l l i e r yS a f e t y ， 2 0 0 3 ，3 4 8 T2 2 2 4 i n C h i n e s e 【5 】董方庭巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[ 嗍北京j 荽炭工 业出版社．2 0 0 1 D o n g F a n g t i n gT h e o r ya n d A p p l i c a t i o no f B r o k e n R o c k Z o n eS u p p o r t T e c h n i q u e f o r R o a d w a y [ M ] B a l j t h g C h i n a C o a l I n d u s t r yP u b l i s h i n gH o u s e ．2 0 0 1 ． i nC h i n e s e f 6 】杨永杰．陈绍杰，橱永秀，等．综放沿空巷道锚周机理分析口】．矿 山压力与顶扳管理，2 0 0 3 ． 2 2 0 2 2 Y a n gY o n 由i e ，C h e n S h a o j i e Y a n gY o n g x t h ，e ta lA n a l y s i so fb o l t i n gm e c h a n i s mo f r o a d w a yd r i v i n gM o n gn e x tg o di nf u l l y m e c h a n i z e dt o p - c o a lc a v i n g f a c e [ J ] G r o u n d P I e , s s I L r ea n dS t r a t a C o n t r o l 2 0 0 3 - 2 2 0 2 2 i n C h i n e s e [ 7 1 张东升，茅献彪，马文顶综放沿空留巷围岩变形特征的试验研 究U 1 岩石力学与工程学报，2 0 0 2 ，2 t 3 3 3 【一3 3 4 Z h a n g D o n g s h e n g ，M o oX i a n b i a o ，M aW e n d i n gT e s t i n gs m d y 0 1 0 d e f o r m a t i o n f e a t l 】r e so fs t t A x o u n d i n gr o c k so f g o b s i d ee n u yr e t a i n i n g i nf u l l y - m e c h a n i z e dc o a l ‰ew i t ht o p - c o a lc a v i n g [ J ] C h i n e s e J 瑚m 啪dR o c kM e c h a n i c sa n dE n g i n e e r i n g 2 0 0 2 ，2 1 ‘3 k3 3 1 3 3 4 i nC h i n e s e 综放异形煤柱沿空留巷锚网支护与加固技术研究综放异形煤柱沿空留巷锚网支护与加固技术研究 作者韦文兵， 王金安， 冯锦艳 作者单位北京科技大学,土木与环境工程学院,北京,100083 相似文献9条相似文献9条 1.期刊论文 王继承.茅献彪.朱庆华.朱川曲.WANG Ji-cheng.MAO Xian-biao.ZHU Qing-hua.ZHU Chuan-qu 综放沿 空留巷顶板锚杆剪切变形分析与控制 -岩石力学与工程学报2006,251 实现综放大断面沿空留巷,对综放开采技术的发展具有十分重要的意义,但综放大断面沿空留巷围岩稳定性控制是一项技术性难题,其支护必定要经受 大变形的考验,可能会影响到传统锚杆支护中的锚杆受力状态的改变.应用结构分析软件ANSYS对综放沿空留巷顶板锚杆剪切变形特征进行了数值模拟,着 重研究了锚杆的剪切力随老顶回转角度和锚杆布置倾角的变化规律.研究结果表明,采用传统设计的综放大断面沿空留巷顶板锚杆在大变形情况下将发生 显著剪切变形,甚至会被剪断,但如果适当调整锚杆支护设计方案,即适当调整顶板锚杆的倾角,就可以显著降低顶板锚杆所承受的剪切力,其效果得到物理 模拟试验和井下工业性试验的验证. 2.期刊论文 秦广鹏.梁开武.李英德.QIN Guang-peng.LIANG Kai-wu.LI Ying-de 综放沿空巷道围岩系统稳定性的 UDEC模拟分析 -中国矿业2007,169 厚煤层综采放顶煤开采的沿空巷道顶、帮均为煤体或煤柱,其稳定性问题十分突出.本文以南屯煤矿综放沿空巷道为原型,进行了围岩稳定性的离散元 数值模拟,提取表征巷道围岩系统的顶板下沉量ydis、煤柱表面水平位移xdis、煤柱垂直应力syy等指标,判断巷道的稳定性,确定合理的煤柱尺寸和支护 方式.通过综放沿空巷道稳定性的离散元数值模拟分析,得到了一定地质条件下,综放沿空巷道稳定性与煤柱尺寸及支护方法的一些关系,对煤矿成功解决 综放沿空巷道的支护,提高围岩稳定性,具有一定的现实意义. 3.期刊论文 蒋金泉.秦广鹏.刘传孝.JIANG Jinquan.QIN Guangpeng.LIU Chuanxiao 综放沿空巷道围岩系统混沌动 力学特征研究 -岩石力学与工程学报2006,259 厚煤层综采放顶煤开采的沿空巷道顶、帮均为煤体或煤柱,其稳定性问题十分突出.以南屯煤矿综放沿空巷道为原型,进行围岩稳定性的离散元数值模 拟,提取表征系统动力学性态的变量及时间序列,通过功率谱分析、分维数提取和最大Lyapunov指数计算,研究围岩系统的混沌动力学特征.综放沿空巷道 围岩变形力学过程是一个混沌力学过程,具有对煤柱宽度及支护条件等初始条件的敏感依赖性.当煤柱宽度小于3 m时,功率谱具有连续的噪声背景与宽峰 特征,关联维数均为分数,最大Lyapunov指数一般大于0,系统处于混沌运动状态;当煤柱宽度为3～4 m时,锚杆支护后功率谱的宽峰特征消失,频谱成分也不 丰富,关联维数均为分数,最大Lyapunov指数由正变负,系统由混沌运动向定常运动转变,是系统动力学性态变化的拐点;当煤柱宽度大于5 m时,系统处于定 常运动状态.采用功率谱分析法和最大Lyapunov指数法,可以评价综放沿空巷道的混沌动力学特征. 4.期刊论文 史红.姜福兴.汪华君.SHI Hong.JIANG Fu-xing.WANG Hua-jun 综放采场周期来压阶段顶板结构稳定性 与顶煤放出率的关系 -岩石力学与工程学报2005,2423 综放采场周期来压阶段,顶煤从垮落到放完是一个动态过程,采空区的充填程度影响着大厚度坚硬顶板的稳定性,因此,建立与顶煤放出率相关的顶板 结构的稳定性判断准则是一个重要的理论课题.根据结构稳定理论和强度理论,分析了保持顶板结构整体变形稳定和岩块局部铰接稳定的顶板容许下沉量 ,通过与顶板回转下沉运动几何状态所决定的顶板下沉量的对比,得到了顶板结构整体变形稳定和岩块局部铰接稳定相统一的力学条件,从而建立与顶煤放 出率相关的综放采场顶板动态稳定性判断准则;结合采场实例,给出了与顶煤放出率相关的综放采场顶板稳定性判断曲线和方法,为现场针对不同顶板设计 合理的顶煤放出率、实现顶板的安全控制提供理论依据. 5.期刊论文 马立强.张东升.陈涛.范钢伟.MA Liqiang.ZHANG Dongsheng.CHEN Tao.FAN Gangwei 综放巷内充填原 位沿空留巷充填体支护阻力研究 -岩石力学与工程学报2007,263 在综放巷内充填原位沿空留巷技术基础上,根据岩层控制的关键层理论,建立综放巷内充填原位沿空留巷围岩结构力学模型,推导出不同地质条件下巷 内充填体的支护阻力计算公式,并对围岩与巷内充填体之间的相互作用机制进行深入分析.研究结果表明,留巷围岩的稳定性与充填体的支护阻力和巷内支 护方法密切相关.采用锚梁网索巷内支护技术结合及时巷内充填和加强临时支护等工艺措施,可形成良好的充填体-围岩共同承载体系,能充分发挥留巷围 岩的自承能力,增强巷道整体性,有效减小需由充填体来平衡的围岩载荷.现场工业性试验表明,该项技术的应用是成功而有效的,综放巷内充填原位沿空留 巷围岩结构力学模型和支护阻力计算公式是合理的,可在类似条件的综放工作面中推广应用. 6.期刊论文 蒋金泉.曲华.谭云亮 综放顶煤放出规律与放煤步距的离散元仿真研究 -岩石力学与工程学报 2004,2318 综放开采的合理放煤步距是研制综放工作面成套技术装备的基础,是提高综放工作面采出率与煤质的关键之一.对颗粒状散体介质离散元软件进行再 开发时,单元的接触关系采用弹性及阻尼元件,以适应煤矸放出过程的力学特性,基于Windows环境进行封装处理,通过添加虚拟壁功能实现分层散体介质的 仿真处理.在低位综放支架、放煤口水平投影宽度为0.8 m条件下,对不同采煤步距0.6,0.8,1.0,1.2 m的顶煤放出规律进行了离散元仿真研究,从顶煤损 失与含矸率两个方面分析得到综放合理放煤步距为1.0 m,较合理的放煤步距为0.8 m,即分别稍大于或等于放煤口水平投影宽度.综放工作面采煤机截深、 支架及运输机前移步距应按合理或较合理放煤步距设计.据此研制成功综放成套设备步距为0.8 m,实现了适应顶煤放出规律的一采一放、平行作业的采 放工艺,大幅度提高顶煤综放开采的高产高效水平. 7.期刊论文 张东升.马立强.冯光明.缪协兴.ZHANG Dong-sheng.MA Li-qiang.FENG guang-ming.MIAO Xie-xing 综 放巷内充填原位沿空留巷技术 -岩石力学与工程学报2005,247 针对综放沿空留巷的技术难点,在分析综放沿空留巷围岩结构力学模型的基础上,提出了巷内充填原位沿空留巷的新技术.此项技术有两个关键方面 一是大断面全煤巷道顶煤完整性的维护;二是大体积长距离充填体的整体稳定性控制.对巷内基本支护为梯形金属支架的原有巷道,提出了实施此项新技 术的具体方案.现场工业性试验表明,该项技术的应用是成功而有效的,可在类似条件的综放工作面推广应用. 8.期刊论文 谢文兵 综放沿空留巷围岩稳定性影响分析 -岩石力学与工程学报2004,2318 在工程实践基础上,采用适于分析岩层断裂和垮落的数值分析软件UDEC建立相应的数值分析模型,详细分析了综放沿空留巷围岩移动规律,系统分析了 老顶断裂位置、端头不放顶煤长度、原有巷道支护技术、充填体宽度、充填方式和充填体强度对综放沿空留巷围岩稳定性影响规律,得出了许多有益的结 论.研究结果表明,在保证顶煤及顶板稳定前提下,合理利用围岩移动规律,确定合理充填方式和充填体强度,既能保证充填体稳定,又能达到很好的留巷效 果. 9.期刊论文 康天合.柴肇云.李义宝.葛耀勇.张会斌.刘瑞荣.KANG Tianhe.CHAI Zhaoyun.LI Yibao.GE Yaoyong. ZHANG Huibin.LIU Ruirong 底层大采高综放全厚开采20 m特厚中硬煤层的物理模拟研究 -岩石力学与工程学报 2007,265 根据酸刺沟煤矿6-1煤层的赋存条件,运用1∶30的大比例物理模拟试验,研究底层4.5 m大采高综放全厚开采20 m特厚煤层顶煤和顶板垮落特征、采 空区垮落矸石的碎胀特性和堆积角、支架的工作阻力、煤炭回收率以及煤壁前方支承压力作用特征等.研究结果表明1底层大采高综放全厚开采20 m特 厚中硬煤层,在技术上是可行的.2根据顶煤、顶板垮落特征,工作面的开采过程可分为初采阶段、过渡阶段和正常放煤阶段.在初采与过渡阶段,煤炭回 收率n随工作面推进距离L的增加呈对数规律提高.3进入正常放煤后,顶煤放出率可以达到70,工作面采出率可以达到75.顶煤放出率随顶板岩梁的垮落 呈周期性变化.4在支架后方会出现大厚度顶煤悬伸,顶板周期性垮落时会发生大高度切顶现象,要求支架有足够的抵抗顶煤、顶板断裂产生的向后旋转 作用力.5为确保安全和顶煤及时垮落,应实施预爆破或预注水弱化顶煤措施. 本文链接 下载时间2009年12月8日