深部复杂应力巷道围岩松动圈探测及支护对策研究

摘要

深部岩层地应力高、构造复杂、地质层理裂隙发育，造成深部复杂应力巷道围岩控制困难。为探寻深部复杂应力巷道围岩控制对策，本文以华恒矿业为工程背景，通过基础理论分析、地质探测和现场工程实践等研究方法，推导计算巷道围岩在复杂应力场中的弹塑性解，分析巷道围岩松动圈的发育范围，选取锚网支护参数，并验证其合理性。主要研究内容如下：
　　（1）通过理论研究巷道在复杂应力场中围岩变形的弹塑性解，分析埋深、侧压系数、初始支护力及岩石残余强度对巷道围岩表面位移及塑性区范围的影响，为复杂应力巷道支护参数的选取提供理论指导。
　　（2）采用美国SIR-3000便携式地质雷达，结合现场施工环境、地质条件及探测精度要求，对华恒矿业巷道围岩的松动圈范围进行探测。结果显示，巷道顶板、两帮和底板的松动圈范围分别为2.1-2.4m、2.0-2.4m和2.2-2.4m，多条巷道局部达到2.3-2.6m；进而确定锚杆长度为2.8m。巷道围岩松动圈范围为复杂应力巷道支护参数的选取提供直接依据。
　　（3）综合复杂应力巷道弹塑性分析、围岩松动圈探测及理论计算公式，确定巷道支护参数。通过巷道围岩离层观测、顶底板变形、两帮变形及锚杆受力分析锚网支护参数的合理性。监测期间，巷道顶板离层量变化不大；巷道顶底板和两帮相对移近量均未超过700mm，围岩变形破坏得到有效控制。
　　（4）论文通过对深部复杂应力巷道围岩弹塑性力学分析，获得了埋深、侧压系数、初始支护力及岩石残余强度对巷道围岩表面位移及塑性区范围的影响，为复杂应力巷道围岩的支护方案提供理论依据；并基于巷道围岩弹塑性分析和围岩松动圈探测，确定了深部复杂应力巷道支护参数及支护方案，获得了较好的支护效果。

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摘 要

Abstract

Contents

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 巷道围岩松动圈支护理论研究及应用概况

1.2.2 围岩破碎区确定方法

1.2.3 破碎区的影响因素分析与计算

1.2.4 巷道锚杆支护国内研究现状

1.2.5 锚杆支护技术的国外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 技术路线

2 工程概况

2.1 采区基本情况

2.2 煤（岩）层产状及赋存情况

2.3 煤层瓦斯赋存规律及储量

2.4 水文地质条件

2.5 -1000m水平复杂应力巷道变形问题

2.6 本章小结

3 深部复杂应力巷道围岩变形力学分析

3.1 深部复杂应力巷道围岩力学模型

3.2 基本方程与理论

3.3 深部复杂应力巷道围岩弹塑性力学分析

3.3.1 弹性区应力场及位移场

3.3.2 塑性区应力场及位移场

3.3.3 塑性区范围分析

3.3.4 巷道围岩变形破坏影响因素分析

3.4 本章小结

4 巷道围岩松动圈探测分析

4.1 探测背景

4.2 地质雷达探测原理和方法

4.2.1 探测设备

4.2.2探测原理

4.2.3探测方法

4.2.4碎石堆分析

4.3 测点探测结果及数据分析

4.3.1 探测图像及数据分析

4.3.2 探测数据统计

4.4 探测数据分析与支护参数选取

4.4.1 探测情况及数据分析

4.4.2 巷道围岩分类与支护参数

4.5 本章小结

5 工程应用及效果观测

5.1 巷道支护参数设计

5.2 巷道支护方案

5.3 巷道离层、变形和锚杆索受力监测

5.3.1 巷道顶板离层监测

5.3.2 巷道围岩变形监测

5.3.3 锚杆(索)受力监测

5.4 现场支护管理方案

5.5 本章小结

6.1 主要结论

6.2 论文展望

致 谢

参考文献

学习经历和主要研究成果