深井巷道锚注支护机理研究

摘要

我国煤炭资源开采深度每年以10米的速度向深部延伸，巷道受到高应力的影响越来越大，巷道围岩会呈现出变形量大、破坏范围广、矿压显现剧烈等软岩的特性，给煤矿的安全生产带来很大困难，所以深部巷道的支护机理和支护技术成为安全生产的必须解决的问题。本论文在对深部巷道原支护失效分析的基础上，结合现有深部巷道支护理论和技术成果，对高应力破碎围岩加固支护问题进行研究。通过理论分析、数值模拟相结合的方法对深部巷道支护机理和技术进行了系统的研究. 随着华北地区煤矿采深逐年增加，深部巷道控制问题日显突出，巷道稳定性控制已成为深部开采亟待解决的技术难题。由于深部围岩普遍具有工程软岩特征和高地应力下严重的巷道变形和底臌，现场多采用注浆方式对深部巷硐进行二次、乃至多次加固，效果良好。但是，因对注浆加固机理和注浆参数的研究尚不够完善，根据围岩情况取何种注浆方式才能取得最佳效果也未有充分认识，在注浆加固工程实践中存在盲目性，易造成浪费。 本论文采用理论分析、计算机数值模拟等综合研究方法，对高地压巷道围岩破坏机理、巷道围岩变形规律及巷道的支护技术进行了系统和深入地研究。并且对围岩进行稳定性分类;建立了力学模型，分析围岩变形破坏的机理。依据锚注支护和围岩的相互作用原理，对底板和底角实施注浆锚索的新方案。运用FLAC3D数值计算软件，模拟不同支护方案下围岩应力和位移的变化规律，优化出支护方案和支护参数。 该研究成果为深井巷道支护技术提供了可靠的科学依据，并为其他类似条件下的巷道支护提供了有益的借鉴。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 巷道支护技术的国内外现状

1．2．2 巷道支护理论的国内外现状

1．2．3 注浆加固技术现状

1．3 论文研究的主要内容和方法

1．3．1 主要内容

1．3．2 研究方法

1．4 技术路线

1．5 本章小结

第2章 围岩变形破坏机理研究

2．1 围岩特性

2．1．1 软岩和工程软岩的概念

2．1．2 工程软岩的力学特性

2．2 巷道围岩的变形特征

2．2．1 巷道变形破坏的影响因素

2．2．2 巷道变形规律

2．3 巷道围岩变形破坏机理

2．3．1 开挖后围岩强度和应力变化

2．3．2 围岩变形破坏机理

2．4 断面对围岩造成的影响

2．4．1 断面尺寸对围岩塑性区特征的影响

2．4．2 断面尺寸对围岩应力的影响

2．4．3 巷道断面尺寸效应总结

2．5 巷道大断面变形破坏特征

2．5．1 松动破坏

2．5．2 剪切破坏

2．5．3 岩爆破坏

2．5．4 膨胀变形

2．6 围岩变形理论分析

2．6．1 塑性区应力和位移的计算

2．7 本章小结

第3章 锚杆以及锚注的支护机理

3．1 锚注支护机理与参数的确定

3．1．1 锚注支护的机理

3．2 注浆浆液对岩体强度的影响

3．3 锚网索耦合支护机理

3．3．1 概念

3．3．2 锚网索耦合支护的基本特征

3．4 锚网索耦合支护

3．4．1 锚杆围岩支护

3．4．2 钢网围岩支护

3．4．3 锚索围岩支护

3．4．4 喷层围岩支护

3．5 工程软岩的支护内容

3．5．1 耦合支护要求

3．5．2 耦合的最佳支护时间和支护时间段

3．5．3 锚索二次耦合支护

3．5．4 耦合支护设计的内容

3．5．5 耦合支护设计的步序

3．6 本章小结

第4章 深部巷道不同方案下的数值模拟

4．1 FLAC数值模拟软件简介

4．2 数值模型的建立

4．2．1 数值模型建立的基本原则

4．2．2 计算模型

4．3 数值模拟方案的建立

4．4 无支护状态下的模拟结果

4．4．1 无支护下围岩应力分布规律

4．4．2 无支护下围岩位移分布规律

4．5 联合支护下巷道的模拟分析

4．5．1 联合支护下巷道的应力分布

4．5．2 联合支护下巷道的位移分布

4．5．3 未支护和联合支护下围岩位移变化对比

4．6 锚注支护下的模拟分析

4．6．1 锚注支护下巷道的应力分布

4．6．2 锚注支护后巷道的位移分布

4．6．3 锚注支护和锚网索支护下的围岩位移变化对比

第5章 不同支护方案的对比分析

5．1 模拟结果铅垂方向的对比分析

5．1．1 三种方案铅垂应力对比分析

5．1．2 三种方案铅垂位移对比分析

5．2 模拟结果水平方向的对比分析

5．2．1 三种方案水平应力对比分析

5．2．2 三种方案水平位移对比分析

5．3 技术经济效果

5．3．1 社会经济效益

5．4 本章小结

第6章 结论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士期间发表的论文和科研成果