高应力松软围岩硐室变形机理及其加固技术研究

发布时间：2017-10-18 14:21

  本文关键词：高应力松软围岩硐室变形机理及其加固技术研究

  更多相关文章： 松软围岩 硐室 破坏机理 加固方法 数值模拟

【摘要】：本文以长平矿4303变电硐室条件为背景,采用理论分析、实验室试验及数值模拟等方法,分析了高应力软岩硐室的工程特点,揭示硐室变形破坏机理,分析了围岩强度、埋深、回采工作面采动以及工作面悬顶长度等对硐室围岩变形破坏的影响规律,提出了高应力松软围岩硐室全断面均衡加固技术,并给出了适用于4303变电硐室的加固方法及参数,主要研究结论有:(1)分析了4303变电硐室围岩岩层结构和物理力学特性:硐室沿3号煤顶板布置,3号煤及其直接顶底板岩层均为松软和易风化的软岩,老顶是厚且坚硬的稳定砂岩,硐室围岩主要由泥岩和3号煤组成。(2)从围岩条件、受力情况和原支护形式等方面分析了变电硐室的变形破坏机理:围岩松软破碎,强度低,在高自重应力与工作面坚硬老顶向采空区悬伸形成的高采动附加应力的作用下,原支护强度偏低,硐室出现严重变形破坏是必然的。(3)采用数值模拟的方法对影响硐室围岩变形破坏的主要因素进行了研究,得出了硐室围岩屈服破坏范围、应力峰值、围岩位移量等在各因素影响下的变化规律:硐室围岩屈服破坏范围、位移量随围岩强度和煤柱尺寸的增加而减小,随埋深、悬顶长度的增加而增大;围岩强度的降低、煤柱尺寸的减小,埋深、悬顶长度的增加,都将导致硐室围岩应力升高,应力降低区范围扩大;应提高硐室全断面的支护强度,防止顶板整体下沉,特别需要控制底鼓,并采取一定的措施降低硐室围岩应力,提高硐室稳定性。(4)针对4303变电硐室围岩变形破坏特征,提出了高应力松软围岩硐室全断面均衡加固技术:①高强锚网+强力锚索支护浅部围岩;②底板反拱封闭支架提高支护阻力;③对两帮实施高压深孔注浆,在深部形成密实的主动承载垫层,降低围岩应力水平。(5)针对长平4303变电所的实际情况提出了具体加固方案,采用数值模拟的方法,对加固方案中不同加固措施所产生的效果进行了研究。结果表明:采用反拱封闭支架+组合锚索+深孔注浆加固后,可使顶底板和两帮的移近量较原支护减少63.3%和78.7%;可明显改善硐室围岩的应力分布,硐壁垂直应力峰值降低了19.2%;可减小围岩塑性破坏深度,硐壁围岩的屈服破坏深度由原支护下的5m减少至2.5m。加固方案的可行性也有待于工程实践的检验。
【关键词】：松软围岩 硐室 破坏机理 加固方法 数值模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD354
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究与应用现状10-15
• 1.2.1 软岩的定义10-11
• 1.2.2 高应力松软围岩巷道变形破坏机理研究现状11-12
• 1.2.3 软岩巷道控制理论研究现状12-14
• 1.2.4 高应力松软围岩硐室控制技术研究现状14-15
• 1.3 存在的主要问题15-16
• 1.4 论文研究的主要内容及技术路线16-19
• 1.4.1 主要内容16-17
• 1.4.2 技术路线17-19
• 第二章 变电硐室地质力学条件及破坏机理分析19-31
• 2.1 工程概况19-24
• 2.1.1 围岩条件20-21
• 2.1.2 硐室原支护形式21-23
• 2.1.3 围岩破坏特征23-24
• 2.2 变电硐室围岩稳定性影响因素理论分析24-28
• 2.2.1 围岩强度对硐室稳定性的影响24-25
• 2.2.2 围岩应力对硐室稳定性的影响25-27
• 2.2.3 支护系统对硐室稳定性的影响27-28
• 2.3 围岩破坏机理分析28-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 变电硐室围岩变形破坏规律的数值模拟研究31-57
• 3.1 模拟软件31
• 3.2 数值模拟31-34
• 3.2.1 模拟方案31-32
• 3.2.2 建立模型32-34
• 3.2.3 模拟过程34
• 3.3 模拟结果及其分析34-54
• 3.3.1 围岩强度对硐室围岩稳定性影响分析34-40
• 3.3.2 埋深对硐室围岩稳定性影响分析40-45
• 3.3.3 工作面采动对硐室围岩稳定性影响分析45-50
• 3.3.4 悬顶长度对硐室围岩稳定性影响分析50-54
• 3.4 本章小结54-57
• 第四章 变电硐室围岩加固技术及效果研究57-75
• 4.1 支护结构与围岩相互作用关系分析57-60
• 4.2 高应力松软围岩硐室全断面均衡加固技术60-62
• 4.2.1 高强锚网索支护作用分析60-61
• 4.2.2 底板反拱封闭支架支护作用分析61-62
• 4.2.3 深孔高压注浆加固作用分析62
• 4.3 变电硐室加固方案设计62-63
• 4.4 加固效果的数值模拟分析63-73
• 4.4.1 计算条件63-64
• 4.4.2 模型的建立64-65
• 4.4.3 模拟过程65
• 4.4.4 模拟结果及其分析65-73
• 4.5 本章小结73-75
• 第五章 结论与展望75-77
• 5.1 主要结论75-76
• 5.2 不足与展望76-77
• 参考文献77-83
• 致谢83-85
• 攻读硕士期间发表的学术论文85

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本文编号：1055403