煤層巷道頂板失水破壞規律及其穩定性控制研究

《煤層巷道頂板失水破壞規律及其穩定性控制研究》是依託中國礦業大學，由李學華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：煤層巷道頂板失水破壞規律及其穩定性控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李學華
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

當煤層巷道頂板富水時，受巷道開挖和支護等工程擾動影響產生的頂板失水對巷道錨桿支護工程的危害極大，由此帶來的安全支護技術問題在煤礦中大量存在。本研究以煤層巷道典型的砂岩含水頂板穩定性控制的工程問題為對象，對砂岩風化和膨脹、砂岩失水的時間效應、失水過程中圍岩物理力學性質弱化規律等進行實驗研究；對含水砂岩頂板失水破壞特徵、發展規律和模式、失水過程中錨桿（索）粘結性能降低等規律進行實測研究；對頂板錨固結構在失水過程中破壞的基本礦壓顯現規律和煤巷頂板的穩定性變化特點綜合進行物理模擬和數值計算研究；並通過理論分析，揭示工程擾動下頂板失水失穩機理，建立頂板錨固結構失穩的預測預報判據，分析提出控制頂板失水進程、削弱其影響、強化岩體錨固效果、實現頂板穩定的動態過程控制技術原理和綜合控制技術體系。這對水患條件下煤巷錨桿支護和頂板安全控制具有重要的科學與工程意義。

結題摘要

針對典型的富水巷道頂板條件，對富水巷道頂板的岩層礦物組分、微結構特徵，及其軟弱岩層的物理性質弱化規律、不同含水狀態下含水砂岩強度損傷特徵，以及含水砂岩的分類進行了系統研究，發現富水巷道頂板岩層富含粘土礦物且粒間孔隙較為發育、連通性好，遇水後強度降低，這是富水巷道頂板圍岩強度弱化的內在影響因素。套用彈塑性理論的基本知識，對富水圓形巷道在無支護、錨桿支護下圍岩塑性區半徑和位移進行了理論研究，發現水作用下巷道塑性區半徑及位移較無水狀態下增大，並分析得到了富水巷道塑性區半徑和位移與原岩應力、支護強度、原始滲透水壓力、有效水壓力係數以及內聚力之間的變化規律。現場鑽孔探測與COMSOL3.5a多場耦合數值模擬相結合，詳細研究了頂板強度弱化規律，發現水作用下富水巷道頂板裂隙在掘進穩定期間仍在擴展發育，且頂板下沉量隨著岩石含水率增加而逐漸變大，從而揭示了富水巷道頂板強度弱化的基本原理和規律。