深部巷道破碎围岩稳定性特征及控制技术研究

摘要

针对深部巷道破碎围岩稳定性控制的难题，本文在前人研究的基础上，以阳煤五矿赵家分区+211水平南轨道巷为工程背景，综合应用理论分析、数值模拟以及现场实测的方法，对其围岩失稳的地质因素和技术因素进行了系统的分析，并从围岩线性软化及其流变性的角度出发，研究了深部巷道破碎围岩变形破坏的力学机制，揭示了其变形破坏的一般规律，根据相应的围岩控制理念，最终提出了适用于深部巷道破碎围岩合理的控制措施。主要研究工作如下:
　　1)通过对影响深部巷道破碎围岩失稳的地质及技术因素的分析，研究了各因素对破碎围岩失稳的影响，得出了围岩的原始应力状态、岩体物理结构及地质构造是影响深部巷道破碎围岩失稳的主要因素。
　　2)对阳煤五矿深部巷道破碎围岩变形失稳特征及原因进行了研究，得出了其具有围岩变形量大、变形初期速率快、变形持续时间长、破坏范围广以及变形具有明显的时间效应的规律，并分析了围岩变形破坏规律的显现主要是由于岩石的物理性质、围岩应力、地下水以及施工技术等的影响。
　　3)运用Coulomb-Mohr屈服准则分析了深部巷道围岩发生的挤压性变形破坏特点，并对其弹塑性范围及其应力分布进行了研究。针对塑性区应力分布研究了岩体强度超过其极限强度σc后岩体强度随应力值的增大呈线性降低的情况，得出在线性软化条件下围岩的塑性区半径比理想弹塑性情况下的塑性区半径大30％左右。
　　4)通过对南轨道巷围岩试样三轴蠕变实验的研究，得出其蠕变特征曲线与西原体的蠕变曲线相似，故采用西原体模型对其蠕变特性进行研究。分析了西原体蠕变模型在有水影响下的蠕变特性，得出岩石蠕变方程呈非线性变化的规律，具体体现在随时间、含水率的增加及渗流的发展岩石蠕变逐渐加剧。
　　5)在分析深部巷道破碎围岩变形破坏规律的基础上，研究了较适用于深部巷道破碎围岩的整体支护理论，重点阐述了整体锚固支护理论以及围岩-支护波动性平衡支护理论，并针对南轨道巷围岩大变形的特征提出了合理的支护原则，即及时支护原则、可缩性支护原则、大工作阻力原则、柔性支护原则以及改变围岩力学特性的原则。另外，结合南轨道巷的具体情况，利用注浆加固原理对其注浆参数进行了设计。
　　6)通过对深部软弱破碎围岩变形破坏规律的研究，利用udec离散元软件模拟分析了南轨道巷在锚喷网、锚喷网梁以及锚注网梁不同支护条件下围岩的变形特征、应力分布以及位移变化情况，得出锚注网梁支护方案较适用于深部破碎围岩的控制。
　　7)研究了深埋巷道破碎围岩关键控制技术，针对锚注网梁可能带来的掘进速度缓慢的特点，提出了浇注一体的支护技术;对于南轨道巷后续掘进中可能出现大面积破碎围岩的问题，提出了局部加强支护技术以及超前小导管支护技术并优化了注浆施工工艺。
　　8)对锚注网梁支护方案在南轨道巷的支护效果进行了3个月的矿压观测，与原有支护方案相比，两帮移近量由200mm变为70mm，顶底板移近量由400mm变为120mm，顶板离层量由原来的80mm减少至45mm，巷道顶底板状况明显改善，围岩变形量显著减小，观测结果表明:锚注网梁支护方案可有效提高深部巷道破碎围岩的稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 工程软岩的定义

1．2．2 锚杆支护理论研究现状

1．2．3 软岩巷道支护研究现状

1．2．4 巷道破碎围岩支护研究现状

1．3 研究内容

1．4 研究技术路线

第二章 工程概况

2．1 地质条件及技术参数

2．1．1 巷道围岩特性

2．1．2 水文地质条件

2．1．3 巷道布置及技术特征

2．1．4 现有支护方案分析

2．2 围岩力学特性试验及分析

2．2．1 实验内容

2．2．2 试验测试结果

2．3 地质力学分析评价

第三章 深部巷道破碎围岩变形破坏的主要因素分析

3．1 深部巷道破碎围岩变形破坏的地质因素分析

3．1．1 岩石物理性质的影响

3．1．2 不同类型应力的影响

3．1．3 地下水的影响

3．2 深部巷道破碎围岩变形破坏的技术因素分析

第四章 深部巷道破碎围岩变形破坏机理研究

4．1 深部巷道破碎围岩变形破坏特征

4．2 深部巷道破碎围岩变形破坏原因分析

4．3 挤压性围岩失稳机理分析

4．3．1 线性软化条件下的挤压性围岩失稳力学状态分析

4．3．2 挤压性围岩流变性分析

4．4 本章小结

第五章 深部巷道破碎围岩整体支护体系研究

5．1 深部巷道破碎围岩控制机理适应性分析

5．1．1 耦合支护作用原理

5．1．2 整体锚固支护理论

5．1．3 围岩-支护波动性平衡支护理论

5．1．4 注浆加固原理

5．2 不同支护方案的支护研究

5．2．1 模拟方案

5．2．2 模型的建立

5．2．3 模拟结果分析

5．2．4 支护方案的确定

5．3 深部巷道破碎围岩控制关键技术研究

5．3．1 浇注一体支护技术

5．3．2 局部加强支护技术

5．3．3 注浆施工工艺

5．3．4 超前小导管支护

5．4 本章小结

第六章 现场监测研究

6．1 监测目的及内容

6．2 测点布置及数据采集

6．3 数据整理及分析

6．3．1 巷道围岩应力变化

6．3．2 巷道断面收缩率

6．3．3 巷道顶板禹层情况

6．3．4 分析

第七章 主要结论及展望

参考文献

致谢

附录A：攻读硕士期间发表的学术论文

附录B：攻读硕士期间参与的科研项目

附录C：攻读硕士期间参加的学术会议及进行的学术报告