深井高应力大断面硐室围岩稳定性分析和支护机理研究

摘要

随着煤炭资源近几十年的开采，矿山的采掘活动正逐步的向深部发展转移。深井条件下的大断面硐室，具有高地应力埋藏深，断面积大的特点，深部大断面硐室的开挖与支护过程是一个应力重新分布的过程。进行该类硐室的支护设计要兼顾影响围岩稳定的各方面影响因素。　　本文是在结合于赵楼矿实际的地质资料和工程概况，对影响深井高应力条件下的大断面硐室围岩稳定性的自然因素和人为因素进行分析；对大断面硐室常见的支护方式进行了梳理总结。总结出围岩的围岩场和围岩应力场的变化规律从而确定出了锚注支护的最佳支护方案。最后对赵楼矿的中央泵房硐室分开挖和几种支护方案进行数值模拟。　　对于深井高应力大断面硐室围岩稳定性分析及支护机理研究采取的技术路线是通过查阅资料收集文献后，利用实验室试验实现工程的现场应用和监测，利用理论计算分析和数值模拟分析得出硐室围岩变形破坏规律、围岩加固方法。继而通过模拟验证加固方法的可行性。　　（1）对于深井大断面硐室围岩稳定的影响因素进行分析，将影响稳定性的因素归类为自然因素和人为因素。自然因素主要包括围岩岩性、地质构造和地应力、地温和水化损伤等；人为因素包括开挖和掘进施工、回采影响、施工质量、支护设计的不合理等。　　（2）利用地应力实测、实验室矿物组分分析等得出硐室围岩的矿区组分、岩石的基本力学参数、深井大断面硐室一定区域内的应力状况，利用诸多的试验手段为硐室支护方案的设计提供参数依据。　　（3）利用数值模拟软件FLAC3D对于中央泵房硐室在锚网喷、锚网索喷、锚注不同支护条件下的围岩位移变形、塑性区、锚杆受力等进行模拟分析对比得出：锚注支护可以作为深井高应力条件下大断面硐室的可靠支护方式。　　（4）针对于赵楼煤矿深部高应力条件下大断面硐室破坏的特点和实际工程地质状况提出二次支护方案，对中央泵房硐室、副井马头门、清理撒煤硐室提出具体的支护设计方案。　　（5）针对于该课题后续研究提出部分展望。因目前缺乏大量实验数据和工程实践的规律性总结，要提高对该条件围岩性质的认识，需做进一步探讨；高应力条件下围岩的工程特性发生的微观机理分析不够，裂隙发展规律、遇水岩性变化的微观演化过程尚需进一步分析；针对工程实际情况和现场条件调整使用不同注浆材料或者研究使用具有微膨胀性的注浆材料。

目录

声明

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.3 大断面硐室支护存在的问题

1.4 论文研究的主要内容及技术路线

2.1深井大断面硐室围岩稳定的影响因素

2.2 深井硐室顶板围岩破坏理论分析

2.3 大断面硐室两帮围岩稳定性分析

2.4 本章小结

3 深井大断面硐室基础支护理论及试验监测

3.1锚杆支护

3.2锚索支护理论

3.3锚注支护相关理论

3.4 围岩岩性物相分析

3.5地应力实测

3.6本章小结

4中央泵房硐室支护数值模拟

4.1数值模拟软件的选取

4.2 数值模拟计算模型建立的原则

4.3中央泵房硐室围岩锚注数值模拟

4.4 数值模拟结果及分析

4.5 本章小结

5 工程案例

5.1支护设计原则

5.2 工程概况

5.3支护效果监测分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1论文主要结论

6.2 展 望

致谢

硕士期间所取得的成果

参考文献

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