开题报告(程少北)

山 东 科 技 大 学

本科毕业设计（论文）开题报告

题 目 巨厚煤层可锚性试验及巷道

稳定控制技术研究

学 院 名 称 土木建筑学院

专业班级 土木工程08级1班（岩土方向）

学生姓名 程 少 北

学 号 0801020904

指 导 教 师 乔 卫 国 教授

填表时间： 2012 年 3 月 15 日

1 填表说明

1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。

3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。

4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。

5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。

2 设计（论文）

题目 巨厚煤层可锚性试验及巷道稳定控制技术研究

设计（论文）

类型（划“√”） 工程实际 科研项目 实验室建设 理论研究 其它

√

一、 本课题的研究目的和意义

煤炭作为我国的重要能源，储量较大、分布较广，在国民经济的发展中发挥着极其重要的作用。近年来探明的煤田煤层厚度达到几十米，甚至达到几百米。对于巨厚煤层，巷道全部位于煤层当中，由于煤层多具有松软、破碎、易片帮冒顶等的特性，松软厚煤层巷道难以支护。随着开采深度的增加，围岩应力增大，煤巷煤体围岩的软岩特性更加突出，维护更加困难，普通煤层的支护手段已经很难在巨厚煤层中奏效。

我国有相当大一部分煤田的煤层厚度大于15m，属于巨厚煤层，而国内有关巨厚煤层巷道的开采及稳定性控制技术还不成熟，还没有成套的开采及支护工艺，本文的研究成果对指导15m以上特厚煤层开采及煤巷稳定性安全控制，发展和振兴大型煤炭企业经济有着重要的意义，还可以为其它不稳定围岩地层的巷道与硐室支护提供重要的参考价值。

二、本课题的主要研究内容（提纲）

（1）煤层巷道的破坏机理分析

（2）巨厚煤层的巷道布置方式

（3）巨厚煤层的可锚性

（4）煤层巷道的合理支护方式

（5）煤层巷道支护参数的优化

（6）矿压及围岩变形监测

（7）加固经济效益评估 3 三、文献综述（国内外研究情况及其发展）

（1）国内煤层巷道支护技术现状

国内有关巨厚煤层巷道的研究还很少，平煤长安能源开发有限公司教授级高工程伟采用理论分析、数值计算和工程实践对松软厚煤层巷道围岩稳定原理与技术进行了研究，提出了该类巷道围岩稳定原理：松软煤帮是控制的关键部位，加固两帮、实现两帮稳定既能有效控顶，又能减小底鼓。通过采用高预紧力、高阻力锚杆支护，以及台阶式开挖、高帮注水、合理刷帮等控制片帮技术，实现了松软煤层巷道的稳定控制。河南义马千秋煤矿巨厚煤层全煤锚杆支护采用树脂加固高强度锚杆+金属网及托盘加固巷道围岩(煤),并以小直径预应力锚索悬吊补强的支护方案，巷道围岩移近量小,深部煤层未出现明显离层,巷道维护量小,有效地解决了综放顶煤开采支护难题,达到了安全生产、提高工效、节支降耗的目的。沈阳清水煤矿分析围岩塑性流变、非对称变形破坏、支护体与围岩大变形不协调等变形力学机制，出采用恒阻大变形锚杆初次支护，在恒阻力作用下保护锚固体的承载力，通过恒阻锚杆的延伸多次释放变形能，将集中应力转移到深部，调动深部围岩承载能力，形成稳定的塑性承载圈；然后针对回采巷道变形特点采用顶板加强、两帮让压、底角加固的二次互补加强支护，形成适应三软巷道变形特征的围岩–支护协同承载体，将围岩变形速率控制在合理范围。基于该方法下提出的锚索+恒阻大变形锚杆+钢带+底角锚注联合支护设计，在该矿南二采区205工作面运输顺槽中使用后，顶板下沉降低75%，两帮收缩减小60%，底臌减小42%，巷道支护状况得到明显改善。实践证明，恒阻让压互补支护系统可有效控制三软巷道围岩稳定。陕西彬县煤炭下沟煤矿通过理论分析、数值模拟与工程实践相结合，总结出一套较为成熟的锚杆支护理论与技术：遵循一次支护原则、高预应力和预应力扩散原则、“三高一低”原则、临界支护强度与刚度原则、相互匹配原则与可操作性原则以及支护参数选取原则，采用加长锚固高预紧力锚杆，并辅助以钢带、锚索支护，最后用锚索对采空区侧补强，取得了良好的支护效果。陕西彬长集团胡家河矿，在通过地质构造带期间通过理论计算，采用加强支护强度，采用锚索+锚杆W钢带+钢筋网支护，优化支护参数，有效控制了围岩变形，使围岩变形量减少了约60%左右，提高了掘进速度，确保安全生产。 4 （2）国外煤层巷道支护技术现状

国外厚煤层巷道主要采用锚杆支护。在国外，美国最早采用锚杆支护的国家，而澳大利亚是相对比较早采用锚杆支护的国家。这些国家煤层地质条件非常简单，埋深浅，使用较大的护巷煤柱尺寸，而且支护技术比较先进，煤矿巷道锚杆支护所占比重几乎达到100%。实际上，在这两个国家，如果一个矿区煤层顶板不适合采用锚杆支护，便认为开采这样的煤层在经济上不合理。美国煤矿用于巷道支护的锚杆主要有涨壳式锚杆、树脂锚杆、混合锚固锚杆，组合件主要有钢带和析架等。根据具体的岩层条件选择不同的支护参数。澳大利亚煤矿锚杆支护技术己经形成比较完整的支护体系，巷道几乎全部采用W型钢带和树脂全长锚固的组合锚杆对巷道进行支护。

对于欧洲一些国家，巷道支护过去一直采用金属支架支护巷道。但随着巷道支护难度加大和支护成本增高，将巷道支护方式转向了锚杆支护，积极开展了锚杆支护技术的研究、试验与推广应用。英国曾是欧洲主要产煤国中采用金属支架支护的典型代表。上世纪80年代末，英国煤矿巷道支护90%以上采用金属支架，导致巷道支护效果差、成本高，回采工作面产量与效益低，亏损严重。后来澳大利亚先进的锚杆支护技术引进了英国，从而彻底转变了过去被动的局面，此后锚杆支护技术得到迅速发展。仅经过10年左右的时间，锚杆支护率就达到90%以上158一601。德国使用u型钢支架最早，技术成熟、先进，使用量大。无论是永久巷道还是回采巷道大多采用U型钢可缩性支架。然而随着矿井开采深度和开采强度的增加和重型采掘设备的采用，对巷道断面的尺寸要求也越来越大，这就导致巷道围岩变形加剧和支护困难。为了解决巷道支护中的难题，采取增加型钢的重量和减小支架棚距的途径来实现，结果增高了巷道的支护成本，而且随之带来施工、运输等一系列问题。尽管如此但巷道支护状况并没有得到根本改观，为此他们开展了锚杆支护技术的研究与试验，首先在德国的鲁尔矿区进行锚杆支护试验，经试验支护效果非常理想，之后在整个德国得到了广泛的推广和应用，现在在埋深达千米深的井下巷道中应用也取得了较好则支护效果。

5 四、拟解决的关键问题

（1）煤层巷道的破坏机理

（2）巨厚煤层巷道的布置方式

（3）影响煤层巷道的因素

（4）煤层巷道的稳定性控制

（5）数值模拟与相似材料模拟试验

（6）支护参数的优化

（7）矿压及围岩变形监测

五、 研究思路和方法

1客观：实事求是、客观科学的对围岩性质、地应力及相关因素进行监测监控，以数据为依据，定性定量分析其规律和特征。

2借鉴：对类似条件进行工程调查，总结其共性规律，借鉴其经验教训，合理确定支护结构和参数。

3系统：任何事物都不是单一独立体，研究巷道稳定的相互制约因素，整合理论－技术－实施－材料－设备－检测支护系统，使之更加匹配优化。

4严密：实验、监测、监控，定量严密，定性准确，不能含糊，为正确选定方案提供可靠依据。

5跟踪：监测－实验－设计－实施－验收跟踪记录，信息化平台。

6反馈：将工程的每一环节及时总结反馈，按总目标要求不断调整方案，达到巷道一次掘进即稳定的目的。

6 六、 本课题的进度安排

3.17 下达设计任务书，安排设计日程，提出具体要求

3.18~3.22 编写毕业设计开题报告及毕业实习报告

3.23~3.28 矿井概况

3.29~4.8 巷道与硐室破坏机理分析

4.9~4.29 支护方案与支护参数

4.30~5.8 施工工艺

5.9~5.21 矿压监测

5.22~6.1 加固效益分析

6.2~6.6 编写设计第三部分：专题设计

6.7~6.10 毕业设计收尾工作：设计检查、装订等工作

6. 11 提交毕业设计论文，准备毕业答辩

6.11~6.15 毕业设计论文评阅，同学准备答辩

6.16~6.17 毕业答辩工作

七、 参考文献

1、程伟、柏建彪等，松软厚煤层巷道围岩稳定原理与控制技术研究[J]，煤炭科技，2010，（1）

2、刘保申、张志军等，巨厚煤层综放开采巷道锚杆支护技术[J]，煤炭科技，2007，（2）

3、张国锋、于世波等，巨厚煤层三软回采巷道恒阻让压互补支护研究[J]，岩石力学与工程学报，2011，（3）

4、于峰、尹润生等，下沟矿厚煤层锚杆支护实践[J]，（4）

5、

6、

7、

8、Taylor D W.Fundamentals of Soil Mechanics[M].New York:John Wiley and Sons,1948.

9、Haimson B C. Near-surface and deep hydraofracturing stress measurements in the Waterloo 7 quartzite[J]. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr.，1990，17(2)：81～88

指导教师意见

指导教师（签名）：

年 月 日

所在系（所）意见

负责人（签章）：

年 月 日