倾斜岩层高应力软岩巷道围岩变形机理及支护对策研究

摘要

随着我国煤矿开采深度的逐渐增加，在高应力环境下开采的难度越来越大，深部软岩巷道在高应力下的稳定性越来越受到重视。目前，软岩巷道普遍产生的破坏行为为非对称变形破坏，主要原因是大多数巷道仍普遍采用等截面等强度对称支护。在支护前没有准确的分析巷道围岩中弱结构体的部位导致巷道支护效果很差，这样不仅不能够保持巷道围压的开采长期稳定性，还会对煤矿开采安全生产造成影响。所以本次课题主要针对以上现象开展对巷道破坏特征和耦合支护技术的研究。
　　本文运用理论分析、试验室岩石力学试验、现场监测相结合的方式，对深部软岩巷道耦合支护进行系统研究。运用有限差分法程序FLAC3D模拟软件对软岩巷道耦合支护进行数值分析，用以证明耦合支护能够解决现场软岩巷道问题。选取淮南矿业集团潘二煤矿东二轨道大巷这一典型倾斜岩层极高应力环境下深部软岩巷道作为试验研究背景。制定较为详细的技术方案，研究出可行的非对称变形耦合控制支护参数并且通过现场对支护后的巷道进行监测，验证了此支护对策的可行性。
　　根据软岩非对称性变形破坏机理分析，研究提出了采用巷道耦合支护对策。在锚网喷普通对称支护的形式下，对巷道关键部位实施“注浆锚索+注浆锚杆+加长锚杆”多支护结构非对称耦合支护方式，让支护体和围岩达到强度耦合、刚度耦合、结构耦合，最终实现巷道的长期稳定的效果。本文结合理论研究，针对具体的工程实际，使巷道关键部位稳定性得到控制，同时也为今后巷道非对称变形提供可实用性依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题的目的及意义

1．2 国内外研究与应用现状

1．2．1 深部工程的研究

1．2．2 软岩工程的研究

1．3 本文研究的主要内容及方法

1．4 技术方案与研究路线

2 高应力软岩巷道围岩变形机制及特征

2．1 软岩巷道的变形机制及特征

2．1．1 软岩的岩性及特征

2．1．2 软岩巷道变形的力学机制

2．1．3 物化膨胀型力学机制

2．1．4 应力扩容型力学机制

2．1．5 结构变形型力学机制

2．2 破碎巷道的变形机制及特征

2．2．1 巷道围岩破坏与失稳的概念

2．2．2 岩性弱结构巷道围岩变形破坏特点

2．2．3 岩性弱结构巷道失稳机理

2．3 小结

3 高应力软岩巷道非对称破坏规律及变形分析

3．1 FLAC3D软件概述

3．1．1 FLAC3D程序简介

3．1．2 三维快速拉格朗日法的计算原理

3．1．3 FLAC3D的数值模拟过程

3．2 计算条件

3．2．1 地应力计算

3．2．2 岩石及支护材料力学参数

3．3 非对称变形破坏分析

3．3．1 数值计算模型的建立

3．3．2 原始地应力状态模拟

3．3．3 模拟计算的结果分析

3．4 非对称变形特征分析

3．4．1 非对称变形特点

3．4．2 巷道支护现状

3．5 围岩松动圈理论及测试结果分析

3．5．1 围岩松动圈锚喷支护和影响因素

3．5．2 松动圈测试原理

3．5．3 测试结果分析

4 高应力软岩巷道非对称变形耦合控制机理研究

4．1 耦合支护概念及原理

4．1．1 耦合支护的概念

4．1．2 耦合支护的基本原理

4．1．3 耦合支护的基本特征

4．2 耦合支护控制对策

4．3 耦合支护计算模型分析

4．4 小结

5 高应力软岩巷道耦合控制对策应用分析

5．1 支护设计方案

5．1．1 巷道方案设计

5．1．2 支护参数与技术要求

5．1．3 方案实施

5．2 底板治理方案

5．2．1 底臌机理

5．2．2 影响巷道底臌的主要因素

5．2．3 巷道底臌的控制对策

5．3 监测方案及数据分析

5．3．1 监测目的

5．3．2 监测方案及内容

5．3．3 监测数据整理及效果分析

5．4 小结

6 结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果