王庄矿大断面硐室围岩变形破坏机理及支护技术研究

摘要

随着采掘设备及运输设备的高度机械化、大型化，对巷道断面的需求也不断加大。大断面巷道或硐室，尤其是断面达96m2的大断面巷道，围岩松动圈范围大，支护结构受地应力及围岩应力重分布的影响更为明显，巷道断面增大显著增加了支护难度。因此，研究大断面硐室的变形破坏特征及其支护技术具有重要意义。
　　结合现场观测与理论分析，按照支架大换装硐室围岩破坏形态、破坏过程及其成因，其破坏类型可划分为松动破坏、拉断破坏、剪切破坏、岩爆破坏和膨胀变形破坏5类。认为支架换装硐室在原方案支护下变形破坏主要原因是断面大、应力高而围岩强度低及支护不合理。
　　根据支架换装硐室的变形破坏特征，提出了大断面硐室分区耦合稳定控制原则及原理：针对硐室围岩破碎区、塑性区和弹性区，其破坏程度逐渐减小，达到稳定所需的支护强度也逐渐减小特点，采用锚杆、注浆锚索、长锚索的协调支护；高强、高预紧力锚网索支护，充分发挥锚杆锚索支护作用及围岩自身承载能力；分区注浆加固围岩，改善围岩力学性能，提高其稳定性。通过 Flac3D数值模拟分析研究了对大断面硐室分区稳定控制效果，提出分区稳定控制技术：3m长锚杆、8.3m长注浆锚索、15m长锚索，由浅至深形成0~3m、3~8m、8~15m三个层次的承载圈的，并用相似模拟试验验证方案的可行性；采用理论计算、数值模拟方法对特大断面硐室底板变形破坏特征进行了分析，提出了反底拱和底板锚索群加固两种底板控制技术，并用FLAC3D软件建立了两种底板控制方案的数值计算模型对其支护效果进行了比较。结果表明：分区耦合稳定控制技术能很好的控制硐室围岩帮、顶变形；底板锚索控制大断面硐室底鼓效果好。
　　分区耦合稳定控制技术在王庄矿大断面支架换装硐室进行了现场工业性应用，观测结果表明巷道围岩变形得到很好的控制，增强了巷道的整体稳定性，达到了预期的目标。

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1绪论

1.1选题的目的及意义

1.2国内外研究现状

1.3存在的主要问题

1.4本文主要研究内容及方法

1.5研究技术路线

2大断面硐室围岩变形破坏机理研究

2.1硐室布置及地质条件

2.2硐室断面尺寸效应

2.3大断面硐室变形破坏特征

2.4大断面硐室变形破坏影响因素

2.5本章小结

3大断面硐室围岩稳定控制研究

3.1大断面硐室围岩稳定控制原则

3.2分区耦合稳定控制研究

3.3掘进期间硐室支护技术

3.4相似模拟试验

3.5硐室底鼓控制技术

3.6本章小结

4工程实践

4.1大断面硐室施工工艺

4.2硐室围岩变形监测

4.3硐室围岩松动圈测试

4.4本章小结

5结论及创新点

5.1结论

5.2创新点

5.3研究与展望

参考文献

作者简历

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