义忠煤矿软岩避难硐室支护设计研究

摘要

煤矿井下紧急避险系统是煤矿安全生产系统“六大系统”的组成部分,而井下永久避难硐室又是其中的重要设施,它的建设情况关乎到煤矿安全生产的正常进行。在软岩富集地区进行避难硐室建设存在着较大的困难,主要体现在软岩的膨胀变形对避难硐室的破坏,因此对软岩避难硐室的支护进行研究,控制围岩大变形显得尤为重要。
　　本文在借鉴软岩巷道大变形控制理论的研究成果的基础上,对软岩避难硐室变形失稳演变机制进行了阐述,运用能量支护理论基本分析方法对半圆拱形断面软岩避难硐室开挖支护后的能量再分配进行分析,并采用围岩塑性区理论和结构力学中的辛普生法对避难硐室支护参数进行设计计算,初步确定义忠煤矿避难硐室的支护方式及其参数。同时利用FLAC3D有限差分计算软件对初步制定的开挖方案进行数值模拟,结合硐室围岩现场监测数据的分析结果,对初步设计方案进行了修正,修正后的支护形式及参数为:一次支护采用锚杆(索)联合支护,锚杆采用φ22×mm2500锚杆,间排拒为800×800mm。锚索采用φ17.8mm×8000mm钢绞线锚索,间距1.5m;二次支护采用现浇模筑钢筋混凝土,混凝土采用C30级,钢筋选用HRB335级钢,8Φ18钢筋,砌碹厚度250mm;三次支护采用改性聚氨酯发泡填充物填充支护,填充材料为弹性模量193.65MPa,抗压强度5.76MPa的聚氨酯-蒙脱石复合材料,并增添十涅二苯乙烯无卤阻燃剂,填充厚度150mm。同时本文还提出了软岩避难硐室施工过程中的大变形控制技术。

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1 绪论

1.1 课题的研究背景和目的

1.2 国内外研究现状

1.3 研究思路和内容

1.4 研究方法和创新点

2 软岩避难硐室变形失稳演变机制

2.1 软岩的概念

2.2 软岩的工程力学特征

2.3 软岩大变形几何场理论

2.4 软岩避难硐室变形失稳的力学机理及其变形规律

2.5 本章小结

3 半圆拱形断面软岩避难硐室能量支护理论分析

3.1 软岩避难硐室的能量平衡

3.2 软岩避难硐室围岩变形能量再分配

3.3 柔性材料弹性能计算

3.4 本章小结

4 义忠煤矿避难硐室开挖支护设计方案

4.1 义忠煤矿地质资料分析

4.2 避难硐室开挖方案

4.3 避难硐室支护方案

4.4 本章小结

5 避难硐室变形规律的数值模拟

5.1 有限差分法简介

5.2FLAC 的基础理论

5.3 义忠煤矿避难硐室模型的求解

5.4 本章小结

6 义忠煤矿避难硐室围岩监测成果及变形控制分析

6.1 义忠煤矿避难硐室围岩监测

6.2 义忠煤矿避难硐室监测成果分析

6.3 软岩避难硐室围岩变形控制

6.4 本章小结

7 结论和展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录