深部高应力巷道破坏机理及置孔卸压支护技术研究

摘要

现如今，煤炭的开采深度越来越大，且有继续增大的趋势，随之而来的是岩体所处的地质力学环境也将变得越来越复杂，深部巷道的围岩具有一些独特的力学特征,不可避免地造成了一系列的重大工程灾害，如巷道围岩应力增大，流变及蠕变现象严重，围岩变形速度加快，围岩变形量显著增大等，这些工程灾害都严重影响着矿井的高效生产，极大地威胁着矿井工人的生命安全。 深部高应力巷道支护如今已经受到了地下工程领域的重视，被视为了一项重要而又复杂的技术难题，一方面，它是一个地下工程一个极其有意义的研究方向，另一方面，它也是解决制约老矿井向更深处发展的关键性技术之一，所以说，对深部高应力巷道围岩受力、变形与支护技术的研究变得刻不容缓。与此同时，它也成为我国煤矿安全开挖与生产的必要前提和重要保障，对煤矿开采的可持续发展有着重要的理论价值和工程意义。 近年来，卸压支护技术凭借其应力控制原理的优越性，从众多支护技术中脱颖而出，在矿井支护中受到了广泛采用。卸压支护技术是将围岩中的高应力转移到围岩深处，进而改变围岩中的应力分布情况的一种支护手段，能有效改善围岩中的受力状态，使得巷道周围岩体处于低应力状态。本文以北京长沟峪煤矿为工程背景，通过理论分析、试验测量、数值模拟、及工程应用等方法，对深部高应力巷道破坏机理和置孔卸压支护技术做出研究，具体研究内容如下： （1）分析深部高应力巷道的围岩非线性塑性大变形破坏特征及其影响因素，对深部高应力巷道的稳定性控制理论和技术进行系统的研究和探讨，结合深部高应力巷道变形破坏机理，进行弹塑性力学分析，并探讨力学计算方法。 （2）对深部高应力巷道的稳定性控制技术进行分析研究，提出置孔卸压支护技术，对卸压机理做出分析介绍，利用弹塑性力学的相关理论对置孔卸压支护模型进行研究。 （3）对围岩进行地应力测量和深部岩石物理力学特性实验，进一步了解该矿区的赋存环境及围岩特征，总结深部高应力巷道的力学特点。 （4）通过有限元数值模拟软件FLAC3D，以长沟峪煤矿所处的具体地质环境和生产技术条件为基础，构建力学模型，进而建立数值模型对围岩受力与变形进行研究，以进一步明确围岩中的受力情况，为确定支护方案做好准备，并对相关支护参数进行优化以达到最佳支护效果。 （5）选取试验巷道，将置孔卸压支护方法应用其中，监测其支护参数，并将支护结果与原支护方案进行对比分析，探讨置孔卸压支护技术的合理性和优越性。 通过本文的研究，对深部高应力巷道破坏机理有了更加深入的认识，为深部地下矿井的安全高效生产提供了科学准确的理论指导，提出了一种新型支护方法与技术，为我国深部地下工程的稳定性控制提高了新思路。

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