高地应力作用下比德煤矿软岩巷道支护技术研究

摘要

高地应力作用下软岩巷道以大变形、来压快、帮臌、底臌、难支护的特点一直受到岩石力学及地下工程界的普遍关注，其软岩巷道支护问题仍是世界性的难题之一，严重影响煤矿的安全生产和经济效益。论文针对比德煤矿高地应力软岩巷道变形破坏特征，分析了地应力、地质构造、岩性、采动影响、支护参数不合理、地下水等因素影响软岩巷道变形破坏的机理。通过开展矿区地应力测试，煤层顶、底板岩石力学参数测试，巷道围岩分类，锚杆检测，巷道稳定性分析，巷道变形监测等研究工作，取得的主要成果如下：
　　利用应力解除法的原理，采用空心包体应力计技术，测试了比德煤矿的原岩地应力，得到了3个主应力的大小、方位角与倾角。测试结果表明，矿区原岩应力场受构造应力与岩体自重应力共同作用的结果，且三个主应力大小与埋深呈线性关系。根据地应力测试结果，结合巷道变形破坏特征，分析了煤矿巷道变形破坏与地应力的关系。
　　利用MTS815岩石力学试验系统，实验研究了煤层顶、底板岩石的力学性质，得到了岩石力学参数。在此基础上，利用南非岩体地质力学分类法（CSIR分类），对比德煤矿巷道围岩体进行了分类，岩体属于Ⅲ类围岩，岩体稳定性一般。
　　根据地应力测试、围岩分类、岩石力学参数测试结果，设计了锚杆、锚索、喷层与注浆支护参数。提出了采区巷道和开拓巷道的支护方案，通过巷道稳定性数值分析，结合煤矿多年的支护经验，提出了经济可行的最优方案。在新掘进的巷道中，对最优支护方案进行了效果检验，通过巷道水平移近量与顶、底板移近量监测结果表明，巷道变形是收敛的，说明新支护方案能有效控制软岩巷道的变形，提高了巷道的稳定性。
　　在比德煤矿巷道支护中，采用了“治顶先治帮，治帮先治底”的原则，在新的支护方案中，为了控制巷道底臌，方案中设计了45度底角锚杆，其底角锚杆可以减少巷道底角的应力集中，降低塑性区范围，防治底板岩体产生宏观剪切滑移。
　　通过采区巷道施工监测结果表明，巷道施工工序对围岩的变形影响较大，巷道开挖后打破了原来的应力状态，产生应力集中，围岩体初期变形速度较大，随时间的增加，巷道的变形速度开始减小，巷道周边应力趋于稳定，加上喷层和注浆支护的作用，围岩变形趋于稳定，出现收敛状态。

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1 绪 论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 研究方法

1.5 研究的技术路线

2 比德煤矿地应力场分布规律研究

2.1 比德煤矿概况

2.2 比德煤矿地应力场分布规律

2.3 本章小结

3 煤层顶底板岩石力学参数测试与围岩分类

3.1 煤层顶底板岩石力学参数测试

3.2 巷道围岩分类

3.3 本章小结

4 巷道支护方案设计与稳定性分析

4.1 联合耦合支护参数设计

4.2 巷道支护方案与数值模拟

4.3 巷道支护方案经济效益分析

4.4 本章小结

5 支护方案工程检验

5.1 施工地点

5.2 巷道变形监测

5.3 本章小结

6 结 论

6.1 主要结论

6.2 建议

致谢

参考文献