深井高应力硬岩巷道围岩变形破坏规律与长期稳定性研究

摘要

根据我国能源战略行动计划和相关研究，在未来的一个相当长的时期内，我国仍将是以煤为主的能源结构。在我国已探明的煤炭资源中，约有2.9531012t埋深在1000m以下，占我国煤炭资源总量的53％[1]。在深部地下工程中，蠕变是煤岩体工程围岩失稳的重要原因之一，近年来越来越多的大埋深高地应力的硬岩巷道出现了因蠕变导致的巷道围岩变形破坏事件。因此，对深井高应力硬岩巷道围岩蠕变特征以及长期稳定性等问题的研究显得尤为重要和迫切。
　　本文结合郓城煤矿一采区轨道大巷的地质条件，采用理论分析、数值模拟及现场监测等方法，对深井高应力硬岩巷道围岩变形规律、力学特性、变形破坏机理和长期稳定性控制方法等问题进行了分析研究。
　　通过现场实测分析，巷道表面围岩位移量呈指数函数增长，巷道顶板和两帮是围岩稳定性控制的重点。运用粘弹性力学理论对深井高应力硬岩巷道围岩力学特征进行分析，得出巷道围岩任一点变形位移和变形速率公式。运用Flac3D数值模拟软件对巷道开挖后的应力场、位移场和塑性破坏区进行分析研究，确定深井高应力硬岩巷道围岩的变形破坏特征。将影响深井高应力硬岩巷道围岩稳定性的因素概括为自然因素和人为可控因素，其中人为可控因素主要包括：支护方式、支护材料的参数等。而支护参数包括：锚杆（索）的长度、直径、间排距、预紧力等。使用正交试验方法对支护参数各水平之间的匹配进行方案筛选，之后运用Flac3D数值模拟软件对各方案进行模拟。选取顶底板移近量 X和两帮移近量 Y为评价不同方案支护效果的指标，分析模拟结果，从中选取最佳的支护方案。采用经过分析和模拟得到的锚网索支护的最佳参数在郓城煤矿一采区轨道大巷进行现场实践，试验结果表明采用优化后的最佳支护参数能够有效控制深井硬岩巷道在高地应力作用下的围岩变形破坏情况。满足了有效控制围岩和巷道服务年限的需要，为今后类似地质条件下深井高应力硬巷道的支护，提供了重要的参考价值。

目录

声明

1 绪 论

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的内容、方法及技术路线

2 深井高应力硬岩巷道围岩变形规律及影响因素分析研究

2.1 深井高应力硬岩巷道的判定

2.2 深井高应力硬岩巷道围岩变形规律分析研究

2.3 深井高应力硬岩巷道围岩稳定性影响因素分析研究

2.4 本章小结

3 深井高应力硬岩巷道围岩安全稳定性控制机理研究

3.1 深井高应力硬岩巷道围岩力学特征分析

3.2 深井高应力硬岩巷道围岩变形破坏机理研究

3.3 深井高应力硬岩巷道围岩稳定性控制对策研究

3.4 本章小结

4 深井高应力硬岩巷道围岩支护参数优化研究

4.1 深井高应力硬岩巷道锚网索支护正交试验设计研究

4.2 正交试验结果的数值模拟分析

4.3 本章小结

5 深井硬岩巷道围岩支护优化设计方案及监测结果

5.1 巷道围岩支护优化设计研究

5.2 巷道围岩稳定性效果监测研究

5.3 本章小结

6 主要结论及建议

6.1 主要结论

6.2 存在的问题及建议

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要研究成果