深井冲击倾向性煤巷锚杆支护优化研究

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随着开采强度的不断加大,我国煤矿开采相继进入深井状态。深井开采中,冲击地压是典型的动力灾害,由动静载荷叠加共同作用引起。深井冲击强动载对围岩性质造成了劣化,降低了煤岩体的锚固性能,冲击失稳巷道的支护问题还有待于深入研究。  本文以陕西高家堡冲击倾向性煤巷锚杆支护为研究背景,采用理论分析、现场调研和数值模拟的研究方法,对冲击倾向性煤巷围岩破坏及支护原理、现有支护方案效果、支护参数设计优化进行系了统研究,并通过数值模拟对比分析动载作用下现有支护方案和优化支护方案围岩动力响应。  对动载作用下围岩支护结构破坏过程进行力学分析,表明锚杆支护力的大小对冲击地压的产生有重要影响:锚杆支护力越大,巷道发生冲击破坏需要的能量越大;锚杆支护力越小,巷道发生冲击破坏需要的能量越小,在强动载作用下,巷道容易发生冲击破坏。从能量角度分析,对于冲击巷道来说,锚杆支护还要允许围岩有一定的变形,使围岩缓慢释放能量,降低冲击地压发生的可能性。对高家堡煤矿现有支护方案效果进行评价及分析,发现存在锚杆支护长度偏短,锚杆预紧力和工作阻力偏低,部分锚杆(索)拉断及锚杆支护参数设计不匹配等问题。根据匹配原则,对现有支护方案参数进行设计优化,并通过数值模拟对比分析两种方案在动载作用下的巷道围岩动力响应,数值模拟分析表明:采用优化方案后,巷道围岩塑性区、位移和变形速度减小,围岩控制效果较好。在42102运输顺槽进行现场试验,结果表明基于动载作用的煤巷锚杆支护优化效果明显,达到预期目的。本文研究成果对深井冲击倾向性煤巷锚杆支护有较好的参考和推广价值。
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