煤矿井下矿压支护研究报告 - 图文

目 录

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第一章 概 述 .......................................................................................................... 1 1 前 言................................................................................................................. 1 2 本项目研究内容与目标..................................................................................... 1 3 项目取得的研究成果......................................................................................... 2 4 项目的创新点..................................................................................................... 2 第二章 巷道围岩变形特征理论分析研究 ............................................................. 4 1 巷道围岩变形与破坏机理分析......................................................................... 4 2 巷道支护理论与支护方式现状....................................................................... 29 3 锚索支护作用机理分析................................................................................... 34 4 小结................................................................................................................... 36 第三章 动压掘巷煤柱力学状态及尺寸确定 ....................................................... 37 1 前言................................................................................................................... 37 2 回采工作面周围应力分布特征....................................................................... 38 3 煤柱稳定性的理论分析................................................................................... 44 4 煤柱合理宽度确定........................................................................................... 49 5 小结................................................................................................................... 59 第四章 现场试验研究 ........................................................................................... 61 1 前 言............................................................................................................... 61 2 支护设计方法介绍........................................................................................... 61 3 试验点调查和地质力学评估........................................................................... 62 4 巷道支护形式和参数选择原则....................................................................... 63 5 支护初始设计................................................................................................... 64 6 支护材料........................................................................................................... 68 7 井下施工工艺和安全措施............................................................................... 71 8 矿压监测........................................................................................................... 73 5 小 结............................................................................................................... 80 第五章 技术经济效益分析 ................................................................................... 82

1 目 录

1 前 言............................................................................................................... 82 2 技术效果........................................................................................................... 82 3 经济效益........................................................................................................... 83 4 社会效益........................................................................................................... 85 第六章 结 论 ........................................................................................................ 87

2 第一章 概 述 2011.11

第一章 概 述

1 前 言

当今，煤炭还是我国乃及全世界范围内最重要的能源依托，可以说是社会发展的源动力。随着世界对能源需求的日益增加和煤炭资源的不可再生性，安全、合理、科学的开发和利用煤炭资源成为世界各国最为重视的问题。科学发展观也要求我们煤炭行业在保证安全的前提下，最大限度的开发和利用煤炭资源。因此，如何来实现煤炭资源的可持续发展，成为行业管理者和工程技术人员最应该考虑的问题。对生产所面对的对象的详尽了解将成为该问题的出发点。

众所周知煤炭资源是不可再生资源，在矿井安全生产的前提下，提高煤炭资源的回采率是十分必要的。漳村煤矿工作面长度一般在150m~200m左右，工作面顺槽一般为4.8m宽，由于受到相邻工作面回采动压或采空区动压影响，护巷煤柱一般为20m，造成工作面和采区回采率极低，造成煤炭资源的浪费。因此，如何彻底解决动压影响巷道支护困难和工作面回采率偏低的问题，是漳村煤矿目前面临的重大课题，亟需解决。

通过优化工作面顺槽煤柱尺寸及开发大断面巷道支护技术是能有效解决上述难题的技术途径。根据漳村煤矿工作面生产地质条件的特点，进行全面、系统、深入的研究和试验，改变顺槽煤柱尺寸和断面，提高工作面回采率，对推动矿井的快速高效生产具有重要意义。

因此该项目的提出及研究、实施，可以解决漳村煤矿煤炭回收率低、动压巷道支护困难等难题，也为同类条件下矿井的高产高效提供参考和理论依据，为此，开展高回收率工作面布置及围岩控制技术研究是非常必要的。

通过本项目研究，从根本上解决了漳村煤矿煤炭回收率低、采掘衔接紧张的局面，真正实现矿井的高产高效生产。

2 本项目研究内容与目标

2.1 研究内容

（1）试验巷道生产与地质条件现场调查

详细调查2105工作面试验巷道支护状况及附近地质构造详细分布情况，原岩应力分布、围岩强度及节理裂隙发育程度，统计、分析巷道变形与破坏特征。 （2）煤柱留设及尺寸优化 1 第一章 概 述 2011.11

对2105工作面巷道布置进行合理确定，采用大型数值模拟软件进行计算，分析巷道开挖之间的相互影响，分析巷道之间不同煤柱尺寸留设，确定各巷道之间的合理煤柱尺寸。

（3）预应力支护系统的理论分析

包括锚杆预紧力、支护强度与刚度、组合构件的强度与刚度对锚固体的强度、变形与稳定性的影响；

（4）高预应力锚杆支护系统作用下巷道围岩变形和破坏的数值模拟 采用数值模拟计算软件进行计算，多方案比较，包括不同预紧力，不同锚杆长度、直径、密度，不同组合构件的强度、刚度等，得出比较合理的高预应力锚杆支护参数。

（5）井下试验，优化施工工艺

在漳村煤矿2105工作面进行试验，确定出比较合理的高预应力锚杆或锚索支护施工工艺；

（6）矿压监测及信息反馈

在试验巷道设置矿压监测测站，监测顶板离层、表面位移、锚杆与锚索受力等，通过矿压监测信息反馈，对支护设计进行调整。

（7）总结试验成果，评价支护效果；编写研究报告

试验巷道施工完成后，总结分析巷道试验效果，编写研究报告。

2.2 研究目标

(1) 与现有支护方式相比，显著提高安全可靠性； (2) 提供的支护方案和煤柱留设方案，满足生产要求。 (3) 试验巷道不小于200m。

3 项目取得的研究成果

经过近一年的研究与现场试验，圆满完成了《高回收率工作面布置方式及围岩控制技术研究》课题研究任务，达到了预期目标，得出以下主要结论：

(1)理论分析了巷道变形特征及机理，对2105回风巷进行了顶板围岩结构窥视，发现2105回风巷顶板1.6~2.1m处为煤岩胶结面，煤体也比较破碎，严重影响了正常锚杆锚固性能的发挥，必须提高支护强度和刚度来保证巷道安全。

(2)经过理论分析和数值模拟，结合工程实践经验，针对2105围岩条件和受力特征，设计2105回风巷采用保护煤柱8m，巷道采用高预应力全断面锚索支护系统，并确定了东段受动压影响剧烈段巷道支护设计方案。

2 第一章 概 述 2011.11

(3)井下矿压监测表明，强烈动压小煤柱巷道变形以两帮移近为主，2105回风巷两帮最大移近量为166mm，顶底板移近量最大54mm；顶板最大离层量约10mm，其中深部没有离层，主要以浅部离层为主，巷道变形趋于稳定，锚索受力基本稳定。

(4)针对以往高预应力全断面锚索支护系统存在不能够有效控制锚索间围岩，使用钢筋托梁将锚索联接成整体，并在原有拱形锚索托板的基础上，开发了新型的能与钢筋托梁配合使用的锚索托板；针对原有钢筋网焊接不牢靠，容易开裂及松散，从而影响预应力的扩散及传递，选用了机织钢筋网，有效防止了钢筋网开裂情况。

(5)井下工业试验表明，高预应力全断面锚索支护有效控制了巷道围岩变形，提高了围岩的稳定性，很好控制了围岩的早期变形，支护设计参数比较合理，保证了巷道的稳定和安全。高预应力全断面锚索支护系统是适合2105回风巷的安全、有效和经济的支护方式。

(6)技术经济效益分析表明，虽然采用高预应力全断面锚索支护系统支护成本比强力锚杆锚索组合支护系统略有增加，但是其煤柱大幅度减小，显著提高了资源回收率和经济效益；同时该项目社会效益明显，具有广泛的推广及应用价值。

4 项目的创新点

本项目主要创新的为改进全锚索支护系统锚索构件。针对目前全锚索支护系统存在的钢筋网焊接不牢靠，易发生开裂及松散现象，引进了机织钢筋网，有效防止网散开，影响支护效果；针对单体锚索不能有效控制锚索间围岩，改进了锚索托板，并与钢筋托梁配合将锚索联接成整体，显著提高支护效果。

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