软岩巷道围岩稳定性及锚杆支护研究

摘要

随着采矿工程的发展,开采活动逐渐向地质条件复杂的区域推进,破碎带围岩巷道、大变形松软围岩巷道、三软煤层巷道等软岩巷道支护问题日益突出。软岩巷道顶板、两帮和底板介质的差异性导致巷道围岩不同部位相互作用,造成巷道围岩的破坏范围扩大,应该作为一个整体进行研究。论文运用理论分析、数值模拟、现场监测、工程实践相结合的方法,对软岩巷道围岩稳定性的力学机理、影响因素及相互关系进行系统研究,得出以下主要研究结果:
　　(1)应用FLAC3D数值计算软件揭示了软岩巷道顶板、两帮和底板三者之间相互作用关系和影响因素。底板变形、破坏降低了两帮围岩的稳定性,造成两帮的破坏;同样,两帮变形、破坏影响到顶板围岩稳定性,造成顶板的变形和破坏,由于围岩自身强度不同,影响程度的强弱不一。同时分析了矩形巷道围岩变形和破坏规律,若巷道围岩均较软弱,巷道围岩塑性区形态将是一个近似椭圆的形状。
　　(2)基于自然平衡拱理论建立力学模型,运用理论分析的方法对软岩巷道塑性区范围和形态进行界定。得出只有顶板破坏将形成自稳平衡拱;若顶板、两帮均破坏且互相作用就会形成极限自稳平衡拱;若顶板,两帮和底板都破坏则范围就会更大形成“极限自稳平衡圈”,平衡圈的形状是一个上高下低的“鹅蛋形”,推导出软岩巷道极限自稳平衡圈拱高的计算公式。
　　(3)提出了软岩巷道稳定形态是“鹅蛋形”,破碎围岩仍有一定的强度且相互挤压,锚杆支护的重点就是控制塑性区的范围。模拟发现,锚杆支护对围岩有较好的控制作用,锚杆支护可以缩小破坏范围、减小位移量。
　　依据巷道围岩自稳平衡圈理论与锚杆支护技术,对太平煤矿+700m南一大巷进行工业性试验,现场应用表明采用自稳平衡圈理论及锚杆(索)支护技术,有效控制巷道围岩变形、破坏,取得了良好的效果。

目录

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1 绪论

1.1 前言

1.2 软岩支护国内外研究现状

1.3 论文研究的主要内容、研究方案及技术路线

2 软岩巷道围岩稳定性数值模拟试验

2.1 软岩巷道围岩变形、破坏的基本特征

2.2 数值模拟基本介绍

2.3 数值模拟建立及方案确定

2.4 数值试验结果及分析

2.5 本章小结

3 软岩巷道围岩极限自稳平衡圈

3.1 围岩的自稳平衡现象

3.2 软岩巷道围岩极限自稳平衡圈理论

3.3 本章小结

4 软岩巷道锚杆支护控制机理分析

4.1 软岩巷道锚杆支护原则

4.2 软岩巷道锚杆(索)支护力学机理

4.3 软岩巷道锚杆（索）联合支护的模拟分析

4.4 本章小结

5 软岩巷道锚杆（索）支护工程实践

5.1 软岩巷道的工程地质条件

5.2 锚杆（索）支护参数的确定

5.3 支护效果实测

5.4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录