深部高水平应力巷道底鼓机理及连续“双壳”治理实验研究

摘要

目前，底鼓作为巷道深部开采非常常见的矿山压力现象，众多专家和学者对底鼓的成因和控制方法进行了大量的研究，但针对高水平应力条件下巷道底鼓的机理及支护方法研究较少。巷道在受到高水平应力的条件下，巷道的底板受力状况要比一般应力条件下要复杂的多，巷道底板的变形比较严重，破坏范围和深度也比较大，传统的支护方式难以奏效。因此，本文针对目前许多矿井存在的高水平应力情况，通过参阅大量的资料和部分矿井的工程地质调查，并结合国家自然科学基金《深井巷道“双壳”注浆加固机理研究》进行高水平应力下连续双壳治理底鼓的相似材料试验研究，分析了高水平应力巷道的应力应变情况和变形破坏特征以及连续双壳支护时巷道底板的受力和变形状况。主要结论如下: (1)建立了高水平应力巷道的力学模型，计算得到高水平应力下巷道的变形分布规律和底板受力情况，并分析了底鼓的主要影响因素有开挖过程、支撑压力、岩石扩容和岩石的蠕变。 (2)建立了三种支护数值模型，利用FLAC3D软件对三种支护方案进行模拟，利用Mohr-Coulomb计算三种支护方案，得出连续双壳对高水平应力巷道的治理效果显著。 (3)利用胶结体实验分析巷道围岩注浆对巷道围岩残余应力的影响。得出试件胶结体的强度随注浆介质粒度的增大而减小，随着水灰比的增大呈负相关关系，随着胶结时间的增加强度增大。 (4)连续双壳中浅部壳封闭破坏围岩，阻止围岩进一步破碎，深部壳体加固巷道围岩，阻隔地应力传播，尤其是巷道受到高水平应力的情况下，能够有效的阻止高水平应力向浅部围岩传递。 (5)深部开采中，高水平应力巷道的底鼓形式主要以挤压流动性底鼓为主，巷道底板的破坏深度随着水平应力的增大而增加(6)连续双壳支护下，巷道能够有效的阻止巷道应力由深部巷道应力向浅部传递，在受到极高应力的条件下，浅部壳体首先开始破坏，并且壳体的破坏呈层状破裂，并且在每一层都出现竖向的断裂条纹。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．2 国内外研究状况

1．2．1 底鼓机理

1．2．2 底鼓控制技术

1．2．3 底鼓的实验室研究

1．3 研究内容、方法和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 技术路线

第2章 深部高水平应力巷道底鼓机理研究

2．1 高水平应力巷道底板力学模型

2．1．1 应力应变计算

2．2 影响底鼓主要因素分析

2．2．1 开挖过程对底板岩体稳定性的影响

2．2．2 支承压力分布特征对底鼓的影响

2．2．3 岩石扩容对底鼓的影响

2．2．4 岩石蠕变对底鼓的影响

第3章 高水平应力巷道底鼓治理数值模拟分析

3．1 模型的建立

3．2 位移的分析

3．2．1 垂直位移

3．3 水平位移的分析

3．3 应力分析

3．3．1 巷道垂直应力分析

3．3．2 水平应力分析

3．4 塑性区分析

3．5 小结

第4章 深部巷道煤岩体胶结实验

4．1 实验设计

4．2 实验结果分析

4．2．1 煤块胶结

4．2．2 矸石胶结

4．2．3 实验结论与误差分析

第5章 高水平应力巷道连续“双壳”相似材料实验

5．1 相似理论

5．2 相似材料试件的制作与强度试验

5．3 相似材料试验设计

5．3．1 实验台的选取

5．3．2 实验数据的测量和收集

5．3．3 实验巷道的开挖与支护

5．3．4 不同深度、不同水平应力下巷道的应力应变

5．4 小结

第6章 结论

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．3 论文不足

6．4 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果