深部高应力软岩巷道非对称变形机理及控制对策研究

摘要

对于深部高应力软岩巷道围岩产生的非对称变形破坏，普遍采用沿巷道全断面等强对称支护形式;当巷道周边某个部位产生较大的应力集中，常规支护结构不能满足要求，导致巷道周边局部非对称性高压的存在而出现的支护失效。此种情况，若提高全断面支护强度，达到巷道周边个别高应力部位的支护强度而控制围岩变形，而对于巷道周边围岩应力较小的部位，采用高强支护存在严重浪费材料，增大支护成本，造成不必要的浪费。
　　 选取桃园煤矿Ⅱ4轨道大巷这一典型深部高应力软岩巷道为工程实例，分析其非对称变形破坏机理。工程地质等模型是用有限差分法程序FLAC模拟软件来构建，根据现场围岩的力学性能参数、巷道原对称支护参数等对原支护条件下巷道围岩变形破坏过程进行数值模拟，并对结果进行分析。由模拟计算结果，并结合工程地质条件、巷道围岩受力状况以及围岩结构，从而得出深部高应力软岩巷道非对称变形破坏的机理。
　　 根据非对称性变形破坏机理分析，探讨提出了非对称耦合支护对策。在锚网喷普通对称支护的形式下，利用增加锚杆、锚注及加长锚杆等对上述关键部位进行非对称耦合支护，让围岩以及支护体的支护能力充分发挥，使围岩和支护结构相互耦合，最终实现巷道的长期稳定。结合理论研究，选取合适的工程项目，针对具体的工程实际，制定较为详细可行的非对称变形耦合控制支护参数并进行现场试验。通过对围岩变形的监测，验证了此非对称耦合支护对策的可行性。基本消除了巷道围岩关键部位产生的差异性变形，降低了支护成本，同时也为今后巷道非对称变形的整治工作提供了参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题的目的及意义

1．2 国内外研究与应用现状

1．2．1 巷道各种形式的变形与控制

1．2．2 软岩巷道支护工程实践

1．3 本文研究的主要内容及方法

1．4 研究的技术路线

2 深部高应力软岩巷道变形机理及非对称变形特点

2．1 深部高应力软岩巷道的变形机制

2．1．1 应力扩容型的变形力学机制

2．1．2 结构变形型的变形力学机制

2．2 岩性弱结构巷道变形破坏特征及失稳机理

2．2．1 岩性弱结构巷道变形破坏特征

2．2．2 巷道围岩弱结构失稳机理

2．3 深部复杂岩层巷道非对称变形特点

2．4 小结

3 巷道非对称破坏过程数值模拟及变形机制分析

3．1 FLAC3D软件概述

3．1．1 FLAC3D程序简介

3．1．2 三维快速拉格朗日的数学模型概述

3．1．3 FLAC3D的计算操作过程

3．2 计算条件

3．2．1 估算法确定地应力

3．2．2 岩石及支护材料力学参数

3．3 桃园矿Ⅱ4轨道巷对称支护下非对称变形模拟

3．3．1 计算模型

3．3．2 原始地应力状态模拟

3．3．3 模拟计算的结果分析

3．4 非对称变形机理的分析

3．4．1 岩体结构的非对称性

3．4．2 高应力软岩扩容型变形力学机制

3．4．3 巷道弱结构夹层剪切滑移变形机制

3．5 小结

4 非对称变形耦合控制对策及效果的模拟计算

4．1 耦合支护基本理论

4．1．1 软岩巷道工程关键部位

4．1．2 关键点耦合支护的特点

4．2 桃园矿Ⅱ4轨道大巷关键部位耦合控制对策

4．3 效果模拟分析

4．4 小结

5 软岩巷道非对称变形耦合控制工程应用

5．1 工程概况及原支护方案

5．1．1 工程概况

5．1．2 巷道支护现状

5．1．3 巷道破坏情况

5．2 围岩松动圈测试结果分析

5．3 关键部位耦合控制设计

5．4 现场监测与效果评价

5．4．1 监测目的

5．4．2 监测内容

5．4．3 监测点现场布置

5．4．4 监测结果及效果评价

5．5 小结

6 结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果