地下空区围岩稳定性监测与地压控制方法研究

摘要

地下资源的开发利用是人类社会生存和发展的重要支柱之一。但随着相关活动不断进行，地下空区也面临着更多新的问题。因此，地下采空区的监测与处理是当代地下工程面临的一个重要问题。通过既定监测手段对地下采空区围岩的地压活动效应进行有效监控，对地下工程安全具有重要现实意义。
　　本文基于中国黄金集团总公司科研计划重点项目“采空区地压效应监测及其控制方法研究”。依据对辽宁金凤黄金矿业公司矿体条件和生产实际情况，在受地压作用的主运巷道、穿脉巷道、斜井、工程交叉点、采空区内部及边缘布置测点。采用振弦式反力计、裂缝计及频率读数仪监测方法，以及自行研制的采空区顶板沉降观测仪，进行支护压力、裂缝扩张和采空区顶板围岩沉降变形监测。对井下地压集中区巷道支护反力、围岩裂缝变形，采空区顶板沉降进行现场监测与分析研究，并对采空区顶板钢架支撑的结构计算与施工图进行设计。
　　监测结果表明所用监测方法和和仪器能够反映采矿活动对工程产生的地压影响效应。目前生产中段地压集中区内的240水平、180水平、150水平主运巷受两侧采场空区地压转移影响，形成局部压力集中区，为采动变形地压与松散地压性质，对生产安全有一定影响，但巷道稳定性整体未受影响。对不同中段水平采场空区顶板沉降的监测表明，335采场沉降最大且矿柱劈裂严重，存在围岩冒落危险，其他监测沉降较小，顶板相对稳固。为矿石生产与安全提供了有价值的反馈信息。依据支护反力、裂缝和顶板沉降监测结果，采空区地压转移对邻近巷道形成的集中应力分析，以及矿体围岩中等稳固局部破碎的特点，该矿区地压活动为采动变形地压与松散地压。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 项目研究目的和意义

1．2 矿区生产概况

1．2．1 矿床地质及开采技术条件

1．2．2 采矿方法与生产现状

1．3 研究现状及存在的问题

1．3．1 地下空区围岩稳定性分析理论发展

1．3．2 地下空区监测与处理方法研究现状

1．4 技术路线及主要研究内容

1．4．1 研究技术路线

1．4．2 主要研究内容

第2章 地下空区围岩地压集中特征分析

2．1 地压显现与分析方法

2．1．1 采动变形地压与松散地压

2．1．2 采空区地压应力迹线方法

2．2 地下空区围岩计算软件与功能

2．2．1 有限元数值计算软件MIDAS／GTS介绍

2．2．2 MIDAS／GTS静力分析原理

2．2．3 地下空区荷载效应分析

2．3 有限元模型计算参数选取

2．4．1 180水平1803主运巷382～382勘测线截面建模

2．4．2 1803主运巷道382～382截面有限元数值计算结果及分析

2．4 180水平1803主运巷道地压特征有限元数值计算与分析

2．5 采空区地压特征平面有限元数值计算与分析

2．5．1 采空区截面建模

2．5．2 采空区地压效应有限元计算结果

2．5．3 采空区地压效应有限元计算结果分析

2．6 本章小结

第3章 地下空区围岩稳定性监测方法与测点布置

3．1 巷道支护压力监测仪器与监测方法

3．1．1 压力监测仪器

3．1．2 支护压力监测方法

3．1．3 监测频率与预警值

3．2 围岩裂缝监测仪器与监测方法

3．2．1 裂缝宽度监测仪器

3．2．2 裂隙监测方法

3．2．3 监测频率与预警值

3．3 采空区顶板围岩沉降观测原理与仪器研制

3．3．1 沉降观测原理

3．3．2 沉降观测仪研制

3．3．3 监测频率与预警值

3．4 主运巷支护柱反力计测点布置

3．4．1 180水平主运巷支护柱反力计监测仪器布置位置

3．4．2 150水平主运巷支护柱反力计监测仪器布置位置

3．4．3 240水平主运巷支护柱反力计监测仪器布置位置

3．4．4 335采空区木垛反力计监测仪器布置位置

3．5 主运巷支护柱反力计测点布置

3．5．1 180水平主运巷围岩裂缝宽度监测仪器布置

3．5．2 150水平主运巷围岩裂缝宽度监测仪器布置

3．6 采空区顶板沉降仪测点布置

3．6．1 502采场顶板沉降仪测点布置

3．6．2 335采场顶板沉降仪测点布置

3．6．3 208采场顶板沉降仪测点布置

3．6．4 609采场顶板沉降仪测点布置

3．7 斜井顶板沉降观测

3．7．1 240至210段斜井顶板沉降仪布置

3．7．2 210至180段斜井顶板沉降观测

3．8 本章小结

第4章 地下空区围岩稳定性监测结果与分析

4．1 180主运巷支护压力及围岩裂缝监测结果与分析

4．1．1 180水平主运巷支护压力监测结果

4．1．2 180水平主运巷围岩裂缝宽度监测结果

4．1．3 180水平巷道围岩稳定性监测数据分析

4．2 150水平主运巷围岩稳定性监测与分析

4．2．1 150水平主运巷支护压力检测结果

4．2．2 150水平巷道围岩裂缝宽度监测结果

4．2．3 150水平监测数据分析

4．3 240水平主运巷支护压力监测与分析

4．4 335采场木垛支撑压力与顶板沉降监测数据结果与分析

4．5 502采场空区围岩顶板沉降监测与分析

4．6 208采场空区顶板沉降观测

4．7 609采场空区顶板沉降观测

4．8 斜井顶板沉降观测

4．8．1 240至210段斜井顶板沉降观测

4．8．2 210至180段斜井顶板沉降观测

4．9 本章小结

第5章 采空区地压控制分析研究

5．1 采场空区顶板钢架支撑

5．2 顶板围岩冒落荷载估算

5．3 钢柱几何特性与稳定系数

5．4 钢架受力分析

5．5 钢架承载力计算

5．6 钢架柱脚地基承载力验算

5．7 混凝土柱承载力比较

5．8 采空区顶板钢架支撑材料成本及经济分析

5．9 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

个人简历

附录