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薄煤层复合顶板巷道支护参数优化研究

汇报人:

2024-01-17

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目录

引言

薄煤层复合顶板巷道地质特征与支护现状

支护参数优化理论与方法

薄煤层复合顶板巷道支护参数优化方案

数值模拟分析与验证

现场试验与监测结果分析

结论与展望

01

引言

煤炭资源重要性

煤炭是我国主体能源,薄煤层煤炭资源储量丰富,但开采技术条件复杂,巷道支护问题突出。

复合顶板巷道支护难题

薄煤层复合顶板巷道支护参数优化研究对于提高巷道稳定性、保障安全生产具有重要意义。

支护参数优化研究价值

通过支护参数优化研究,可揭示复合顶板变形破坏机理,为类似条件下巷道支护设计提供理论支撑。

国内外研究现状

国内外学者在薄煤层复合顶板巷道支护方面开展了大量研究,取得了一定成果,但仍存在支护参数选取不合理、支护效果差等问题。

发展趋势

随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展,薄煤层复合顶板巷道支护参数优化研究将更加注重多学科交叉融合、智能化决策等方面的发展。

本研究以薄煤层复合顶板巷道为研究对象,综合运用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,开展支护参数优化研究。

采用文献综述、理论分析、数值模拟和现场试验等方法进行研究。其中,数值模拟方法将采用FLAC3D等软件进行建模分析。

首先通过文献综述和理论分析,明确薄煤层复合顶板巷道支护参数优化的研究方向和目标;其次,运用数值模拟方法建立巷道支护模型,分析不同支护参数对巷道稳定性的影响;最后,通过现场试验验证数值模拟结果的准确性和可靠性,提出支护参数优化方案。

研究内容

研究方法

技术路线

02

薄煤层复合顶板巷道地质特征与支护现状

03

地质构造

薄煤层复合顶板巷道常处于复杂的地质构造带,如断层、褶皱等,地应力分布不均。

01

煤层厚度

薄煤层厚度较小,通常小于1.3米,赋存不稳定,给巷道支护带来困难。

02

顶板岩性

复合顶板由多层不同岩性的岩层组成,岩性差异大,易导致离层和冒落。

目前主要采用锚杆、锚索、金属支架等支护方式,但支护参数往往凭经验确定,缺乏科学依据。

支护方式

由于地质条件的复杂性和支护参数的不合理性,常导致巷道变形、冒顶等安全事故的发生。

存在问题

地应力作用

地质构造运动产生的地应力是巷道变形破坏的主要因素,地应力的大小和方向直接影响巷道的稳定性。

03

支护参数优化理论与方法

弹塑性力学理论

01

弹塑性力学是研究物体在外力作用下产生变形和破坏的力学分支,对于巷道支护参数的优化,需要基于弹塑性力学理论,分析巷道围岩的应力、应变和位移等力学行为。

岩石力学理论

02

岩石力学是研究岩石在外力作用下的变形和破坏规律的学科,巷道支护参数的优化需要考虑岩石的物理性质、力学性质以及结构特征等因素。

支护结构稳定性理论

03

支护结构稳定性理论是研究支护结构在复杂应力环境下的稳定性、安全性和适用性的重要理论基础,对于巷道支护参数的优化具有重要意义。

离散元法

离散元法是一种适用于节理岩体等不连续介质的数值分析方法,可以模拟巷道围岩的破裂和失稳过程,为支护参数优化提供依据。

有限元法

有限元法是一种数值分析方法,通过将连续体离散化,把无限自由度问题转化为有限自由度问题进行求解,可应用于巷道支护参数的优化设计中。

边界元法

边界元法是一种半解析半数值的方法,通过将微分方程的边值问题转化为边界积分方程进行求解,可用于分析巷道支护结构的受力状态和变形情况。

通过在实际巷道中进行支护参数试验,观察和分析不同支护参数下巷道的稳定性和安全性,为支护参数优化提供实践经验。

采用先进的监测技术和设备,对巷道围岩的应力、应变、位移等参数进行实时监测,及时反馈巷道围岩的稳定状态,为支护参数调整提供依据。

监测方法

现场试验

04

薄煤层复合顶板巷道支护参数优化方案

支护形式选择

根据薄煤层复合顶板的特性,选择合理的支护形式,如锚杆支护、锚网支护、钢架支护等。

选择依据

考虑巷道的地质条件、围岩稳定性、巷道断面形状和尺寸等因素,以及支护材料、施工技术和经济条件等,进行综合分析和比较,选择最适合的支护形式。

关键支护参数

包括锚杆长度、直径、间距和排距,锚网规格、搭接长度和连接方式,钢架型号、间距和连接方式等。

参数优化方法

采用数值模拟、理论分析或现场试验等方法,对关键支护参数进行优化设计。根据巷道围岩的变形和破坏特征,以及支护结构的受力状况,调整和优化支护参数,提高支护效果。

包括注浆加固、喷射混凝土、金属网等。这些措施可以增强围岩的自承能力,改善围岩的破碎和松散状况,提高支护结构的整体稳定性。

辅助支护措施

根据巷道的实际情况和支护需求,选择合适的辅助支护措施。注浆加固可用于提高破碎围岩的强度和整体性;喷射混凝土可用于封闭围岩表面,防止风化和掉块;金属网可用于防止小块岩石的掉落和松动岩石的冒落。

设计原则

0

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