深部巷道动态补强支护机理及工程应用研究

摘要

为了有效治理深部巷道围岩难控制的问题，有必要对深部巷道围岩应力场的时空演化规律进行深入研究。本文在现场取芯、实验室试验的基础上对深部巷道围岩应力场的时空演化规律进行了理论分析、数值模拟，由此得出巷道动态补强支护的机理，并通过工程实践对动态补强支护的效果进行了验证。
　　理论分析结果表明，巷道一次支护过后一段时间内围岩应力峰值点不断向围岩内部转移，峰值应变一旦超过围岩的屈服应变岩体便会发生流动，破碎岩体范围不断向围岩深部波及。以信湖煤矿为例，计算得知，围岩峰值点初期转移速度较快，在第60d演化速度出现拐点，此时峰值点位置处于6.96m，此后演化速度减慢，最终在第124.8天围岩峰值点基本停止在7.21m的位置。从安全角度考虑，动态补强支护的时机确定为巷道开挖后60天。进一步研究表明，原岩应力、巷道半径、内摩擦角、围岩岩性等将对支护时机的确定产生影响。补强支护方式为锚网索注喷。
　　运用FLAC3D数值模拟软件模拟了巷道开挖不同时间节点围岩的应力状态以及位移变化情况，结果也验证了理论分析结果的正确性;选择在第60天对巷道进行锚网索注喷支护，起到了很好的控制作用。
　　综合理论分析以及数值模拟的研究成果，在深部巷道中进行工程应用，现场支护效果观测表明，巷道围岩得到稳定的控制，动态补强支护成功应用于工程实践。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．2 课题研究现状综述

1．2．1 巷道围岩应力场演化特征研究进展

1．2．2 软岩的支护研究现状

1．2．3 流变理论研究现状

1．3 现存的主要问题

1．4 研究内容

1．5 研究采取的技术路线

2 深部巷道围岩力学性质测试及流变特性分析

2．1 深部巷道围岩力学性质测试

2．1．1 现场取芯

2．1．2 试件加工与测试

2．2 深部巷道围岩流变特性分析

2．2．1 岩石流变的概念

2．2．2 岩石流变的基本特性

2．2．3 岩石流变的本构模型

2．3 本章小结

3 深部巷道围岩动态补强支护机理

3．1 动态补强支护的概念

3．2 动态补强支护时机的确定

3．2．1 深部巷道围岩一次支护应力状态分析

3．2．2 流变模型的选取

3．2．3 巷道围岩应力峰值转移判据

3．2．4 围岩应力场演变计算过程

3．2．5 动态补强支护时机确定原则

3．2．6 动态补强支护时间影响因素分析

3．3 支护参数的确定

3．3．1 支护方法

3．3．2 支护参数理论计算

3．3．3 设计支护参数

3．4 本章小结

4 深部巷道围岩应力场演化与支护的数值模拟研究

4．1 数值模拟软件的选择

4．1．1 FLAC3D简介

4．1．2 有限差分计算过程的实现

4．2 数值模型的建立

4．2．1 计算参数

4．2．2 计算模型与网格划分

4．3 围岩应力场演化特征及巷道变形破坏分析

4．3．1 无支护条件下裸巷围岩应力演化分析

4．3．2 无支护条件下裸巷围岩位移分析

4．3．3 支护条件下巷道围岩应力与变形分析

4．4 本章小结

5 深部软岩巷道围岩稳定性控制的现场研究

5．1 围岩地质概况及支护参数

5．1．1 地质概况

5．1．2 石门支护设计

5．2 石门监测内容及观测方案

5．3 矿压显现规律观测结果分析

5．3．1 石门表面位移观测结果及分析

5．3．2 石门深部位移观测结果及分析

5．4 本章小结

6 主要结论与存在不足

6．1 主要结论

6．2 存在不足

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果