三软煤层回采巷道刚柔结合强力支护技术研究
实 施 方 案
承担单位： 义煤集团铁生沟煤业有限公司 研究机构： 河 南 理 工 大 学 起止年月： 2012年10月――2014年3月 项目负责人：
目 录
1项目来源及目的和意义 ...................................................... 1 1.1项目来源 .............................................................. 1 1.2研究目的 .............................................................. 1 1.3立项意义 .............................................................. 1 2国内外研究现状及存在问题 .................................................. 3 2.1国内外研究现状 ........................................................ 3
2.1.1三软煤层回采巷道支护理论研究现状 ................................... 3 2.1.2三软煤层回采巷道支护技术研究现状 ................................... 6 2.1.3三软煤层回采巷道稳定性控制设计方法研究现状 ......................... 8 2.2存在的主要问题 ........................................................ 9 2.2.1让压支护技术在时间和空间上存在模糊性 .............................. 10 2.2.2对三软煤层回采巷道最佳支护时间选择存在盲目性 ...................... 10 2.2.3对支护设计理念缺乏认识 ............................................ 11 2.2.4三软煤层回采巷道理论研究缺乏实践性 ................................ 11 2.2.5对三软煤层回采巷道支护材料的物理力学性能研究缺乏 .................. 11 3主要研究内容、研究方法和技术路线 ......................................... 12 3.1主要研究内容 ......................................................... 12 3.2研究方法 ............................................................. 12 3.3技术路线 ............................................................. 13 4关键性研究 ............................................................... 13 5研究工作基础条件 ......................................................... 14 5.1技术力量 ............................................................. 14 5.2试验设备 ............................................................. 14 5.3相关研究成果 ......................................................... 14 6资金来源及概算 ........................................................... 15 7研究计划进度 ............................................................. 15 8参考文献资料 ............................................................. 16
三软煤层回采巷道刚柔结合强力支护技术研究 实施方案
1项目来源及目的和意义
1.1项目来源
该项目属于2012年度义马煤业集团科学研究计划项目，项目编号：xxx。
1.2研究目的
本研究将从“三软”煤层回采巷道的大变形、长流变特征出发，针对义煤集团铁生沟矿11150回采工作面两巷的变形破坏支护难题，采用U型钢+门式立柱并配合煤层注水防片帮冒顶技术，对“三软”煤层破碎围岩回采巷道进行强力复合支护，以解决“三软”煤层回采巷道控制技术性难题，为未来“三软”煤层回采巷道的支护技术和支护理论开辟一条崭新途径。
1.3立项意义
自20世纪70年代以来，煤矿三软煤层回采巷道围岩控制问题已逐渐成为影响煤矿生产建设的重大技术难题。据不完全统计“九五”期间，我国在建的10个能源建设基地中8个出现三软煤层回采巷道支护问题，造成建井困难，投资巨大，其它矿区三软煤层回采巷道支护问题也日趋严重。其中大量节理裂隙极为发育的破碎三软煤层回采巷道在高应力作用下变形强烈，往往由于巷道支护措施不当，使得大量破碎三软煤层回采巷道逐渐陷入“前掘后修”的恶性循环，不仅浪费大量人力物力，而且直接影响煤矿高效生产，危及人身安全。尤其是近年来，随着煤矿开采深度和强度的不断增加，出现了大量的三软煤层回采巷道的支护难题，致使巷道维修费用大大超过成巷费用，大量的巷道因维护不当而报废，造成矿井无法正常生产。因此，研究煤矿生产中三软煤层回采巷道变形力学机制及三软煤层回采巷道的支护对策问题己成为煤矿开采面临的重大课题，这一问题己引起世界各国采矿界的高度重视。
本研究课题将依托义煤集团铁生沟煤矿11150回采工作面两巷为原形，综合运用岩石力学理论、弹塑性理论、流变理论和现代支护理论中的坍落拱理论、新
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三软煤层回采巷道刚柔结合强力支护技术研究 实施方案
奥法理论、应变控制理论、大变形理论、能量支护理论等，通过现场观测、数值模拟、实验室试验研究和理论分析、工程试验等方法和手段，在前人研究的基础进一步的深入探讨三软煤层大断面回采巷道破坏机制和支护机理，寻求一种新的控制三软煤层回采巷道变形破坏的支护技术和手段，以期破解三软煤层回采巷道支护难题。该项目的研究成功，不仅对义煤集团铁生沟煤矿三软煤层大断面回采巷道控制技术具有重要现实意义，同时，对于国内其它同类矿井的三软煤层回采巷道的支护问题具有很好应用价值和推广意义。
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三软煤层回采巷道刚柔结合强力支护技术研究 实施方案
2国内外研究现状及存在问题
2.1国内外研究现状
2.1.1三软煤层回采巷道支护理论研究现状
煤矿中的回采巷道是一种特殊类型的巷道，其围岩条件较复杂，巷道围岩的受力状态较差，其特点主要表现在三个方面:(1)回采巷道开挖前后岩体中应力较高，应力场变化复杂。这主要因为煤系地层中的原岩应力是不均匀的应力场，受断层等地质构造的影响很大，同时回采巷道还要经受采煤工作面推进过程中形成的移动支承压力的作用。(2)巷道围岩组成比较复杂，分层性质显著，分层之间的强度相差几倍到几十倍不等。(3)回采巷道的围岩强度人多较低，一般由各种粒度的砂岩、页岩及泥岩等沉积岩组成。回采巷道围岩压力显现一般很强烈，围岩变形量大，且各个方向变形存在相当大的差异，这对支护技术和参数的选择提出了特殊的要求。
（1）国外研究现状 ①新奥法理论
新奥法是60年代奥地利专家L.V.Rabcewicz在总结前人经验的基础上提出来的一套隧道设计、施工新技术。随后，逐渐运用到煤矿三软煤层回采巷道支护中去。目前，已成为三软煤层回采巷道支护主要的理论之一。
新奥法的理论是建立在岩石的刚性压缩特性、岩石三轴压缩应力应变特性以及莫尔（Mohr）学说基础上，并考虑到隧道掘进的空间和时间效应所提出的新理论。1980年，奥地利土木工程学会地下空间分会把新奥法定义为：在岩体或土体中设置的是地下空间的周围岩体形成一个中空筒状支撑环结构为目的的设计施工方法。新奥法的核心是利用围岩的自承作用来支撑隧道，促使围岩本身成为支护结构的重要组成部分，使围岩与构筑的支护结构共同形成坚固的支撑环。
虽然新奥法的应用己经十分广泛，但是不同的使用者对它的解释还存在着矛盾。实际工程中存在着一种倾向，就是盲目地把新奥法应用于不适宜的地质条件，从而使这些巷道工程出现这样或那样的问题。这种情况在中国同样存在，尤其在煤矿，人们对三软煤层回采巷道的物理含义和力学性质理解不够、对利用仪器进
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