冲击地压作用下围岩巷道锚杆作用机理研究

摘要

由于矿山的地下开采连续不断的向深部岩体延伸和扩展，致使岩体深部的地下开采区的地质环境和开采的条件日益复杂，因此诱发多种多样的的灾害且冲击地压灾害成为最危险的地质活动之一。以研究区金矿地下工程的巷道为工程背景，巷道围岩主要由混合片麻岩、混合花岗岩、碎裂岩、碎裂石英岩脉等岩石组成，巷道开采主要方式为全断面开挖，分别对主巷道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中段进行详细的调查，当冲击地压在巷道中发生时，锚杆支护在一定的程度上可以起到减少冲击灾害的作用，探究什么样的锚杆支护形式可以起到最有效的作用，故本文应用FLAC3D数值计算软件，基于现行冲击地压机理和控制技术，对冲击地压下巷道围岩动力响应规律和锚杆支护的减灾作用进行研究;然后通过9次正交数值模拟试验，分析冲击地压下影响巷道锚杆支护效果的关键因素，并进行支护参数优化;最后分析了锚杆预紧力对冲击地压下巷道支护效果的影响。
　　论文获得以下主要结论:
　　(1)小秦岭金矿田位于华北地台南缘小秦岭断隆。区域地层古老，变质程度深，构造变动强烈，岩浆活动频繁。
　　(2)通过现场调查发现，研究区巷道主要分为结构面控制型和塌落拱型两种破坏方式。其中，结构面控制型破坏主要是指围岩岩体在结构面及软弱夹层的控制下发生滑移塌落的破坏形式，主要发生在围岩条件较好的地段。
　　(3)通过室内试验获取了巷道围岩物理力学参数，为数值计算提供依据。
　　(4)数值计算表明，无冲击地压下，巷道围岩的破坏模式为:①围岩一定范围内由于应力松弛而形成较小规模的浅表层破坏区域;②应力调整过程中，围岩塑性区快速扩张，从而形成较大规模的破坏区;③塑性区快速向上扩展，形成倒八字形的破坏区域，破坏区域分布不对称，上部塑性区的范围要比下部小，左右侧则表现出较强的对应性。
　　(5)数值计算表明，冲击地压作用下，巷道围岩的破坏模式为:①塑性区初始阶段是从冲击荷载施加位置首先开始发展，冲击荷载施加位置两侧的围岩塑性区力学性质为拉张破坏为主，含少量剪切破坏，同时，以剪切破坏向巷道方向发展。②塑性区扩展到巷道之后，首先到达巷道拱底，之后沿着巷道拱底向左右两侧边墙扩展，扩展形态和巷道形态基本一致，从力学性质上来说，除了施加荷载的表层位置以及拱底靠近临空面位置的围岩以拉张破坏为主，其余区域以剪切破坏为主。
　　(6)锚杆长度对巷道围岩的力学响应主要有以下影响:锚杆长度越长，冲击地压作用下巷道围岩的主应力越小，最大主应力和最小主应力都有该特征;锚杆长度增幅越大，巷道围岩的应力减幅越大;应力表明，增加锚杆长度对巷道围岩的力学环境有一定的提高作用。预应力增幅越大，巷道围岩的应力减幅越大;应力表明，增加预应力大小对巷道围岩的力学环境有一定的提高作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 问题的提出与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 冲击地压控制技术研究

1．2．2 锚杆支护的基本理论研究

1．2．3 冲击地压下巷道支护机理的研究现状

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 巷道在地冲击地压下的破坏特征研究

2．1 研究区地质环境条件

2．1．1 区域地质特征

2．1．2 新构造运动及地震

2．1．3 研究区地层岩性

2．2 巷道围岩的基本特征

2．3 巷道围岩变形破坏特征

2．3．3 主巷道Ⅲ拱顶岩体变形特征

2．3．4 主巷道Ⅳ拱顶岩体变形特征

2．4 小结

第3章 巷道围岩物理力学性质特性研究

3．1 模型制作

3．2 岩石单轴压缩变形试验

3．3 岩石劈裂试验

3．4 岩石剪切试验

3．5 试验结果分析

第4章 冲击地压作用巷道围岩的力学响应

4．1 模型的基本概况

4．2 冲击地压加载位置确定和加载方法

4．3 无冲击地压下巷道变形特征

4．4 冲击地压下围岩的力学响应

4．5 小结

第5章 冲击荷载下巷道围岩的支护措施研究

5．1 模型的基本概况

5．2 不同的支护参数下巷道围岩的力学响应

5．2．1 不同锚杆长度对巷道围岩的影响

5．2．2 不同预应力对巷道围岩的影响

5．3 不同的支护参数下巷道围岩的变形响应

5．3．1 不同锚杆长度对围岩变形影响

5．3．2 不同预应力大小对围岩变形影响

5．4 支护参数综合分析

5．5 小结

第6章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士研究生期间所发表的论文