张集煤矿东进风井马头门支护技术研究

摘要

深井巷道围岩支护与稳定性控制是需要长期进行研究的关键问题，而马头门更是关乎矿井建设成败和安全生产的重要部位，其周围硐室工程较多，特别是随着煤矿开采深度增加，受力情况更复杂，地压大，断层构造多，软岩遇水会膨胀，深部岩层裂隙发育，所以支护难度很大，煤矿深井马头门及相连井壁破坏时有发生，已成为煤矿深井建设一大技术瓶颈。为此，本文对张集煤矿东进风井马头门支护技术进行了研究。
　　首先，本文对马头门围岩控制及支护设计机理进行了分析，以此为理论指导，提出了马头门围岩控制技术;其次，通过现场取样，进行了张集煤矿东进风井马头门处围岩的岩石力学主要性能试验，为支护技术研究分析提供了基础;然后，根据围岩支护理论和淮南矿区工程实践经验，提出了三种支护方案，各方案下初期支护的间排距不同，注浆加强支护和永久支护相同。
　　根据张集煤矿东进风井马头门尺寸参数和各支护方案，利用MIDAS软件建模，再通过FLAC3D软件对各个支护方案下马头门不同断面处的应力、位移、塑性区进行计算分析，计算结果的对比分析表明，支护方案一为最优方案。马头门处应力、位移，塑性区均在可控范围之内，围岩稳定性较好，方案合理。
　　最后，通过现场工程实测，得到了马头门处围岩表面位移、锚杆锚索受力和衬砌内力的变化规律。监测结果表明，完成支护后，巷道的拱顶下沉值、两帮收敛、底臌均明显减少，并且逐渐趋于稳定，锚杆、锚索受力稳定，支护结构安全，说明此方案下马头门支护效果较好。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外技术现状

1．3 存在的不足

1．4 围岩稳定性控制及支护技术

1．5 研究内容和研究方法

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究方法

2 马头门围岩稳定性控制机理与支护技术研究

2．1 硐室和巷道围岩锚固作用机理

2．1．1 悬吊理论

2．1．2 组合梁理论

2．1．3 均匀压缩带理论

2．2 围岩稳定性控制理论

2．2．1 高地应力作用下的变形破裂机理

2．2．2 围岩稳定控制理论

2．3 马头门围岩稳定性控制技术

2．3．1 锚杆高预应力施加技术

2．3．2 围岩扰动区滞后注浆技术

3 岩石力学性能试验与马头门支护方案

3．1 工程地质条件

3．2 马头门处围岩力学特性试验

3．2．1 单轴抗压强度试验

3．2．2 抗拉强度试验

3．2．3 岩石单轴压缩变形试验

3．2．4 内摩擦角和凝聚力试验

3．3 马头门支护方案设计

3．3．1 支护方案一

3．3．2 支护方案二

3．3．3 支护方案三

3．4 本章小结

4 数值模拟计算分析与方案优化

4．1 数值模拟软件的选择

4．2 马头门计算模型建立

4．2．1 模型网格划分

4．2．2 分析断面设置

4．2．3 围岩计算参数

4．3 数值模拟分析

4．3．1 应力场数值模拟分析

4．3．2 位移场数值模拟分析

4．3．3 围岩塑性区分布

4．4 方案对比

4．5 本章小结

5 马头门处围岩变形及支护结构受力现场监测

5．1 监测的目的及内容

5．1．1 监测的目的

5．1．2 监测的内容

5．2 巷道围岩表面位移监测

5．3 锚杆、锚索受力监测

5．4 衬砌结构受力监测

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果