破碎围岩条件下沿空掘巷围岩结构及变形机理研究

摘要

在煤炭深部开采中，受高地应力影响，当围岩自身岩性较差，且构造、节理裂隙极为发育时，会使得巷道围岩破碎，加大围岩控制难度。本文以任楼煤矿7259工作面回风巷道沿空掘巷为工程背景，考虑巷道周围煤岩体的软弱破碎特性，运用理论分析、数值计算、现场实测三种研究方式，针对破碎围岩条件下沿空掘巷的围岩结构及变形机理进行了系统的研究。
　　首先，从围岩稳定性机理为切入点，建立沿空掘巷覆岩结构模型，分析了不同时期采场的覆岩运移规律和围岩的应力演化规律，为沿空巷道的掘进位置进行了初步判断;其次，通过分析沿空巷道上覆岩层的破断规律，对弧形三角块的主要参数进行了详细的讨论，得出用基本顶悬顶长度判别基本顶断裂线位置的方法;然后，利用理论计算研究了沿空掘巷的最佳时间和窄煤柱的合理宽度，结合FLAC3D数值模拟软件进行分析，对模拟结果用Tecplot可视化数据分析软件进行处理，得到不同煤柱宽度、不同时期的围岩应力场及位移场等值线云图和塑性区分布图，确定了合理的窄煤柱宽度为5m;最后，通过现场观测，得到了沿空巷道掘进阶段的围岩表面位移及顶板、窄煤柱深基点位移。对数据结果进行分析处理，表明窄煤柱宽度选取得当，巷道整体变形符合安全生产要求，围岩稳定性得到了保证。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 沿空掘巷研究现状

1．2．2 上覆岩层结构及活动规律研究现状

1．2．3 围岩控制理论研究现状

1．3 主要研究内容和技术路线

1．3．1 研究方法

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

2 工作面概况及煤岩层赋存特征

2．1 任楼矿简介

2．2 工作面地质条件概况

2．2．1 工作面参数及煤岩层赋存特征

2．2．2 工程水文地质条件

2．2．3 其他开采条件

2．2．3 采动影响

2．3 本章小结

3 沿空掘巷上覆岩层结构及稳定性分析

3．1 破碎围岩沿空巷道围岩变化特征

3．2 沿空掘巷采场覆岩运移规律

3．2．1 拱结构

3．2．2 砌体铰接结构

3．2．3 采后支承压力分布

3．3 采空区边缘煤体应力分布规律

3．3．1 垂直应力动态演化过程

3．3．2 侧向支承压力分布

3．4 沿空掘巷上覆岩层破断规律

3．5 沿空掘巷关键块结构力学模型

3．6 窄煤柱合理宽度确定

3．7 沿空掘巷最佳时间

3．8 本章小结

4 破碎围岩沿空掘巷围岩稳定性分析及数值模拟

4．1 数值模型的建立

4．1．1 FLAC3D软件简介

4．1．3 几何尺寸及位置关系

4．1．4 边界条件

4．1．5 岩层力学参数

4．1．6 本构模型的选取

4．2 数值计算方案

4．2．1 数值模拟内容

4．2．2 数值计算过程

4．3 采空区边缘煤体应力分布

4．4 掘进期间巷道围岩分析

4．4．1 掘进期间巷道围岩应力场变化

4．4．2 掘进期间巷道围岩位移场变化

4．4．3 掘进期间巷道围岩塑性区分布

4．4．4 巷道掘进后不同宽度煤柱应力及位移分布曲线

4．5 本工作面回采期间巷道围岩分析

4．5．1 回采期间煤柱应力场分布

4．5．2 回采期间煤柱位移场分布

4．5．3 回采后煤柱塑性区分布

4．5．4 回采期间不同宽度煤柱应力及位移分布曲线

4．6 本章小结

5 破碎围岩沿空掘巷矿压观测与分析

5．1 巷道变形破坏因素分析

5．2 矿压观测内容及目的

5．3 矿压观测方法

5．4 观测数据分析

5．4．1 表面位移观测分析

5．4．2 深基点位移观测分析

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果