刘桥一矿Ⅱ66下山巷道群围岩变形机理与支护对策研究

摘要

采用现场地质调查与试验监测、实验室岩石力学试验、理论分析和数值模拟等综合研究方法，系统地研究了刘桥一矿Ⅱ水平六采区地应力分布特征及其对巷道布置影响，分析了Ⅱ66采区下山巷道群围岩变形失稳机理并提出相应控制理论以及具体施工技术措施。
　　本文首先进行了现场地质调查，掌握下山巷道群各巷道变形破坏特征，进行了初步失稳分析。通过实验室试验和现场测试，掌握了巷道群围岩物理力学参数和地应力分布规律。基于地应力实测结果，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，得出Ⅱ水平六采区巷道最佳布置方位角为N269°E或N197°E。理论推导获得巷道群中轨道下山掘进期间围岩应力场和位移场的近似解析解，得出在不考虑蠕变变形前提下其最小变形量为242mm。数值模拟方面，运用FLAC3D建立了可以模拟4煤、6煤回采的Ⅱ66采区下山巷道群大型数值模型。在原有支护设计的基础上，分析了下山巷道群掘进期间，各巷道围岩的应力场、位移场演化规律，结果显示:下山巷道群开拓过程中，掘进引起的二次应力场在巷间围岩相互叠加，应力集中程度显著增大;巷道空间层位的非对称致使巷道变形呈现非对称性。在巷道群开拓完成基础上，分析了4煤和6煤回采影响下巷道群围岩应力场、位移场演化规律，找出了现有支护承载结构的薄弱部位，确定了支护-围岩承载结构的合理补偿位置。采用理论分析和工程类比的方法对下山巷道群中每条巷道提出相应优化支护方案。对于岩性巷道，提出采用U型钢+高强高预应力让压锚杆（索）+分步注浆多层次组合方案，该方案尤其注重使用预紧力锚索在肩窝和帮脚进行结构补强，以适应巷道非对称变形。现场工业性试验显示，采用该优化支护方案后，下山巷道群围岩变形控制在了合理范围内，可以有效解决刘桥一矿Ⅱ66下山巷道群的失稳问题，为矿井安全高效生产提供保障。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究现状

1．2．1 深部煤矿工程及研究现状

1．2．2 地应力对巷道稳定性的影响研究现状

1．2．3 巷道围岩控制理论研究现状

1．2．4 存在的问题

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 本文主要研究内容

1．3．2 研究方法及技术路线

2 Ⅱ 66采区下山巷道群工程地质条件与失稳状况调查分析

2．1 矿井概况

2．2 Ⅱ 66下山巷道群失稳状况调查及影响因素初步分析

2．2．1 Ⅱ 66采区轨道下山工程概况

2．2．2 Ⅱ 66采区辅助下山工程概况

2．2．3 Ⅱ 66采区回风下山工程概况

2．3 本章小结

3 地应力测量分析与巷道布置优化研究

3．1 围岩物理力学参数测试

3．2 地应力测试

3．2．1 测量仪器

3．2．2 空心包体应变法测量过程

3．2．3 测量原理与应力计算

3．2．4 测试地点的选择

3．2．5 地应力测量结果及分析

3．3 巷道布置与地应力关系分析

3．3．1 理论分析

3．3．2 地应力方向对巷道围岩变形的数值模拟分析

3．3．3刘桥一矿北翼Ⅱ水平巷道布置优化

3．4 本章小结

4 Ⅱ66下山巷道群围岩变形失稳机理

4．1 数值力学分析方法及模拟软件选取

4．1．1 数值模拟分析软件选取

4．2 数值分析模型

4．2．1 数值分析模型建立及模拟方案

4．2．2 数值模拟分析本构关系

4．3 巷道群掘进期间围岩稳定性分析

4．3．1 巷道围岩应力场、位移场理论分析

4．3．2 数值分析

4．4 采动影晌下巷道围岩稳定性分析

4．4．1 巷道围岩应力场分析

4．4．2 巷道围岩位移场分析

4．5 本章小结

5 支护方案优化及工业t眭试验

5．1 支护原理

5．2 回风下山支护优化方案

5．2．1 支护参数理论计算

5．2．2 回风下山支护技术方案

5．2．3 支护试验效果

5．3 轨道下山和辅助下山支护优化方案

5．3．1 支护思路

5．3．2 轨道和辅助下山支护技术方案

5．3．3 支护试验效果

5．4 本章小结

6 主要结论与存在不足

6．1 主要结论

6．2 存在问题及展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果