长平煤矿东部变电硐室变形破碎机理及其加固技术研究

摘要

随着煤矿开采深度的增加，软岩工程问题日益突出。由于软岩具有流变性、自承能力差、变形时间长和变形量大等特点，其支护工作一直是采矿工程领域的技术难题。软岩巷道尤其是处于软岩工程中的地下硐室，其围岩稳定性控制是采矿科学亟需解决的问题。
　　本文以山西长平煤业有限责任公司长平煤矿东部变电硐室为研究对象，通过理论分析、实验室试验以及数值模拟，对长平煤矿东部变电硐室围岩的地质力学条件、变形破碎机理、变形破坏规律进行了研究，并提出了适用于东部变电硐室的加固方案，主要研究结论为:
　　(1)详细分析了东部变电硐室的围岩力学条件和3号煤及其顶底板的物理力学特性:东部变电硐室的下位顶板为松软破碎泥岩和砂质泥岩，上位项板为厚且硬的细砂岩和中砂岩，底板和两帮为裂隙发育、强度较低的3号煤。
　　(2)从埋深、岩性、岩层结构和采动影响方面分析了东部变电硐室的破碎机理:在围岩松软、准深部高自重应力和坚硬老顶岩层向采空区悬伸引起的高采动附加应力的长期作用下，位于3号煤层中硐室出现严重变形破坏和底鼓是必然的。
　　(3)采用数值模拟软件对影响硐室围岩稳定性的主要因素进了研究，得到了硐室围岩位移变形量和垂直应力峰值在各因素下的变化规律:硐室围岩位移量和垂直应力峰值随回采工作面老顶垮落角和煤柱尺寸的增大而减小，随悬顶长度和埋深的增大而增大，硐室埋藏深度对硐室围岩稳定性影响较大。
　　(4)针对东部变电所硐室的围岩结构和开采条件，提出了破碎围岩分区稳定全断面联合加固技术:①及时封闭围岩，②顶板采用ψ22mm强力锚索形成补强圈;③巷帮深部强力注浆，形成密实的深部主动承载垫层，实现巷帮深部岩体主动承载;④底板反底拱全断面封闭支架。
　　(5)针对引起东部变电硐室破碎的影响因素，给出了适用于东部变电硐室的加固方案，并对加固方案的支护效果进行了数值模拟研究，模拟结果表明加固方案是可行的，但也有待于实施后的实践监测。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究现状

1．2．1 硐室／巷道变形破碎机理的研究现状

1．2．2 硐室／巷道围岩支护与加固理论的研究现状

1．2．3 硐室／巷道围岩支护与加固技术及其应用现状

1．3 硐室／巷道支护与加固技术存在的问题

1．4 论文的研究内容与方法

1．4．1 主要研究内容和方法

1．4．2 技术路线

第二章 变电硐室围岩的地质力学条件及其变形破碎机理分析

2．1 东部变电所硐室的基本概况

2．2 煤岩体的物理力学特性及地质力学评估

2．3 变电所硐室变形破碎机理的理论分析

2．3．1 影响硐室围岩稳定性的因素

2．3．2 埋深对硐室围岩变形破碎影响的理论分析

2．3．3 岩性对围岩变形破碎影响的理论分析

2．3．4 岩层结构与采动应力对围岩变形破碎影响的理论分析

2．3．5 现有支护的缺陷及其失效机理分析

2．4 本章小结

第三章 变电硐室变形破坏规律及其影响因素的数值模拟研究

3．1 模拟软件及其适应性分析

3．2 模拟方案与计算模型

3．2．1 模拟方案

3．2．2 计算模型与参数

3．3 模拟结果及其分析

3．3．1 顶底板移近量的变化规律

3．3．2 两帮移近量的变化规律

3．3．3 垂直应力峰值的变化规律

3．3．4 底板屈服破坏面积的变化规律

3．4 本章小结

第四章 硐室破碎组合加固技术及其效果研究

4．1 破碎硐室加固技术的原理与方法

4．2 长平釜山东部变电所硐室的加固方案设计与选择

4．2．1 加固方案

4．2．2 加固方案的选择

4．3 长平釜山东部变电所硐室的加固效果分析

4．3．1 数值模型建立

4．3．2 模拟结果与分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文和参与的科研项目