开题报告 - 图文

护技术到联合支护型技术的发展历程。煤矿早期开采阶段几乎全部是以木材作为巷道及采煤工作面的支护材料，随着新型材料的出现，开始采用混凝土或钢筋混凝土砌碹等支护形式，这些被动支护耗费大量材料且受深度和岩性影响。随着井巷支护技术的发展演变，可将其归纳为被动式支护方式、主动式支护方式。 被动式支护技术是源于古典压力理论和坍落理论，认为巷道开挖后围压主要由围岩局部坍塌导致而成，而巷道的稳定主要靠围岩坍塌致使硐室形状改变后自动获得。被动式支护把围岩坍塌岩与支护分开来考虑，把围岩视为荷载，支护看作承载结构，二者之间形成“荷载—结构”体系，认为支护是为了承受围岩荷载，无法控制围岩变性破坏的发生，只能起被动抵抗的作用。被动支护主要包括木支护、石材支护、金属支架支护、装配式钢筋混凝土支架支护等。 主动式支护技术是利用围岩本身强度来维护巷道的支护方式，即围岩与支护共同作用原理。围岩在变形过程中，一方面发挥了自身的自承能力，同时又受到支护因受围岩的挤压变形而引起对围岩的进一步作用；围岩和支护在共同变形过程中，相互作用，最终在共同变形过程中实现支护平衡与围岩稳定。根据共同作用原理，在施工中采用柔性支护、可缩支护、多次支护等形式。在地压比较大的情况下，要求采用二次支护。一次支护及时，紧贴岩帮，有足够的承载能力，使围岩有适当的变形，但又不让围岩过分变形以致破碎而改变工程性质；二次支护能控制围岩的最终变形。 锚杆支护是通过锚入围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，在围岩中形成整体而稳定的岩石带，利用锚杆与围岩共同作用，达到维护围岩稳定的目的。 （2）国外巷道技术现状 ①岩石平巷掘进 国外煤矿现代巷道掘进施工方法主要有钻爆法和综合机械化掘进法(简称综掘法)。岩巷掘进仍采用钻爆法，煤和半煤岩巷广泛采用掘进机，英国采用掘进机掘进煤和半煤岩巷的比例已达85%。综掘法是近二三十年间迅速发展起来的一种先进的巷道掘进技术。其主要设备是掘进机，它是一种集切割岩石、装载及转运岩渣、降尘等功能为一体的大型高效联合作业机械设备，能实现连续掘进，目前国际先进水平已实现自动控制及离机遥控操作。 ②岩石平巷支护 国外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%。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。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 3

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。德国使用u型钢支架最早，技术成熟、先进，使用量大。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。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。 四、 拟解决的关键问题 (1) 巷道断面设计 ① 选择巷道断面形状、确定巷道净断面尺寸，并进行风速演算。 ② 根据支护参数，计算出巷道的设计掘进断面尺寸，并按允许的超挖值，求出巷道的计算断面尺寸。 ③ 布置水沟与管缆。 ④ 绘制巷道断面施工图。 (2) 巷道围岩压力以及支护荷载的计算 对巷道而言，围岩压力及衬砌荷载的计算是隧道设计中非常重要的问题，因为它直接关系到巷道开挖后初次支护方案的选型、注浆加固圈的厚度，以及具体的支护参数的确定。 (3) 巷道支护设计 ① 根据巷道地质条件、断面形式及围岩压力不同，选择支护结构的形式。巷道支护方案有许多种，目前常用的支护方式有钢拱架支护、锚杆支护、喷射混凝土支护、管棚支护、整体式混凝土支护、复合式支护等形式。 ② 选择支护结构后，根据围岩条件、断面尺寸及支护原理确定支护参数 ③ 完善支护施工工艺； (4) 巷道掘进施工 ① 选择巷道掘进方法和掘进机具。巷道掘进方法主要是钻眼爆破法和掘进机破岩法。该联络巷断面小，长度短，适合钻爆法； ② 钻爆法掘进。选择钻研机具、爆破器材、炮眼布置、装药方式，正确绘制爆 4

破图表； (5) 巷道矿压观测 加强施工过程中的监测，运用超前地质预报与监控量测。采用目前先进的物探地质预报手段，在掘进前探明地质情况做到全程信息化施工。在该课题的研究中，主要解决仪器设备、安装方式和数据处理。 五、 研究思路和方法 本工程的研究过程为：先了解巷道的地质概况，做出初步断面设计和支护设计，最后编写详细的施工组织设计，在研究过程中采用系统思想、工程类比、理论分析等方法。 (1) 巷道断面设计 ①巷道断面形状的选择，运用系统工程的思想指导巷道断面选择的全过程，主要考虑巷道位置、围岩性质、地层压力、巷道用途与服务年限、支护方式、掘进方法等因素。 ② 《煤矿安全规程规定，巷道净断面必须满足行人、运输、通风和设备安装的需要。该联络巷掘进目的是为满足北翼轨道大巷的通风、行人和管线敷设的需要，所以主要根据通风量确定巷道断面。此处可以根据行人和管线敷设要求确定净断面积，然后验算巷道风速：V=Q/S≤Vmax。 (2) 巷道围岩压力以及支护荷载的计算 ① 通过所给的地质资料和围岩性质，运用合理的理论计算模型和规范对巷道的围岩压力进行计算。由于巷道属于深埋硐室，可以应用普氏理论进行计算。 ② 支护荷载采用荷载—结构模型计算，这种模式是假定已知地压荷载和地层对结构变形的约束抗力的条件下，按弹性地基梁进行内力计算。 (3) 巷道支护设计 ① 根据巷道地质条件、断面形式及围岩压力不同，选择支护结构的形式。常用的支护形式有金属支架、混凝土砌碹、锚喷支护等，各种支护均有适用范围和优缺点，可以对支护形式进行比较，选择合适的支护方案。 ②支护参数的确定一般采用工程类比法，根据规范确定支护参数的区间，然后选择支护理论进行计算。例如锚杆长度可根据压缩拱理论进行计算。 六、 本课题的进度安排 ? 3月10日至3月16日 熟悉相关文献和资料，和指导老师交流，填写完毕业 设计开题报告。

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? 3月17日至3月23日 修改开题报告，并完成绪论部分的写作。 ? 3月24日至3月30日 第二章 工程概况部分的写作 ? 3月31日至4月6日 第三章 巷道布置的内容，主要包括层位选择、倾 角确定、断面设计等 ? 4月7日至4月13日 第四章 巷道爆破掘进，主要是炮眼布置、装药方式等 ? 4月14日至4月20日 第五章 巷道支护设计与施工组织，包括临时支护和永 久支护 ? 4月21日至4月30日 第六章 巷道矿压观测，包括观测内容、仪器设备、布 点方式、数据处理等 ? 5月5日至5月11日 第七章 装载运输、管线与轨道敷设、设备配备与布置 ? 5月12日至5月18日 第八章 生产系统设计，包括通风、防尘、防灭火、供电、运输、排水、照明、通信等 ? 5月19日至5月25日 第九章 劳动组织及主要技术经济指标第十章 安全技 术措施、灾害预防与避灾路线等 ? 5月26日至6月1日 第二部分：专题设计 ? 6月2日至6月8日 完成英文翻译工作 ? 6月9日至6月15日 毕业设计打印、绘图、装订，准备答辩 七、 参考文献 [1] 徐干成,郑颖人,乔春生,刘保国. 地下工程支护结构与设计[TU]. 中国水利水电出版社, 2013.1. [2] 蒋玉松, 地下工程施工技术[TD]. 武汉理工大学出版社, 2012..8. [3] UDC 中华人民共和国国家标准 P GB 50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范. [4] 张龙江,刘永发. 矿井锚杆锚索联合支护应用分析[TD]. 中州煤炭, 2011.4. [5] 闫莫明,徐祯祥,苏自约. 岩土锚固技术手册. 人民交通出版社, 2004.5. [6] 田建胜,屈非凡,刘刚. 井巷设计与施工技术[TD]. 徐州.中国矿业大学出版社, 2009.8. [7] 柏建彪,曾宪桃,周英.《巷道设计优化与施工新技术》[TD]. 中国矿业大学出版社,2008. [8] 董方庭,姚玉煌,黄初,王裕介.《巷道设计与施工》[TD].中国矿业大学出版社, 1993. [9] Commission of the EuropeanCommunities. Roadway Drivage Techniques in the Coal Mines of the european community. Graham & TrotmanLtd., 1984.4.30. [10] Liu Sheng-dong, Zhang Ping-song, Cao Yu, Wang Bo. Characteristic of geological anomaly detected by combined geophysical methods in a deep laneway of coal mine. Procedia Earth and Planetary Science, 2009, Vol.1 (1), pp.936-942

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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

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