巷道围岩稳定性分析及锚杆支护效果评价研究

发布时间：2017-10-27 19:05

  本文关键词：巷道围岩稳定性分析及锚杆支护效果评价研究

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【摘要】：随着矿产资源的减少,地质条件越来越复杂,煤矿开采深度和难度越来越大,尤其是对于高地应力、软岩等破坏范围较大的巷道,采用传统锚杆支护理论进行设计施工难度大,工作效率偏低。本文以禾草沟5号煤层辅运大巷为工程依托,采用锚杆加固区围岩稳定理论设计,分析围岩稳定性,并对其支护效果评价,主要结论如下:(1)传统锚杆支护理论的加固范围是整个塑性区,支护阻力不小于卡斯特耐尔(Kastner)公式计算值,巷道围岩稳定;对于围岩破坏范围较大的巷道,为了提高工作效率,提出锚杆加固区围岩稳定理论,只需要加固浅部破碎围岩,锚固在稳定岩体上,没有必要加固整个塑性区,不受塑性区宽度的影响,克服了实际工程中塑性区范围难以测定的问题,充分发挥了围岩的自身承载力,巷道围岩稳定需要满足两个条件:一是锚杆加固区外侧不小于卡斯特耐尔(Kastner)公式计算值,二是加固区内任意一点满足摩尔库伦强度准则。随着加固区厚度的增大,塑性区宽度不断减小,直至加固区的外侧面与弹塑性交界面重合,此时围岩的支护阻力与传统支护理论设计值相等,证明了锚杆加固区围岩稳定理论的合理性。(2)巷道围岩支护参数的设计遵循“长而疏,短而密”的规律,锚杆施加的预张力与维持围岩稳定所需的支护阻力呈正相关关系;为了有效的评价锚杆支护效果,提出围岩支护强度系数K的概念,其物理意义是巷道洞壁处产生单位位移所需的支护力,反映了围岩抵抗变形压力的能力;运用统一强度理论得到巷道洞壁的位移解析解,随着锚杆长度的增大,巷道围岩洞壁位移不断减小,且曲线的斜率呈递减趋势,说明选取合理的锚杆参数,有利于提高经济效益;通过对围岩支护强度系数分析,可知:对于同一巷道,围岩支护强度系数的变化区间很小,可以认为K为常数;对于不同埋深的巷道,对应的围岩支护强度系数不同,随着原岩应力P0的增大,围岩支护强度系数不断增大。(3)结合工程实例,利用工况下相应的围岩支护强度系数极值Kmax,结合实测的位移解,对巷道锚杆支护效果进行评价,提高了工作效率和经济效益;若围岩支护强度系数满足极值条件,则锚杆间排距的布置满足支护要求,锚固效果良好,巷道围岩稳定;反之,巷道围岩不稳定,需要减小锚杆间排距,并提高锚杆强度。
【关键词】：支护参数 加固区厚度 围岩稳定 围岩支护强度系数 锚固效果评价
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353.6
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 研究的背景及意义8-9
• 1.1.1 研究背景8-9
• 1.1.2 研究意义9
• 1.2 锚杆支护的国内外研究现状9-15
• 1.2.1 国外研究现状9-13
• 1.2.2 国内研究现状13-15
• 1.3 研究内容及方法15-17
• 1.3.1 课题研究内容15-16
• 1.3.2 课题研究方法16-17
• 1.4 本文拟采用的技术路线17-18
• 2 锚杆加固区围岩稳定性分析18-43
• 2.1 传统锚杆支护理论及支护设计方法18-23
• 2.1.1 传统锚杆支护理论18-21
• 2.1.2 支护设计方法21-22
• 2.1.3 锚杆的支护形式22-23
• 2.2 开挖扰动巷道围岩力学分析23-26
• 2.3 锚杆加固区围岩稳定理论26-30
• 2.3.1 锚杆加固区围岩稳定理论概述26-27
• 2.3.2 锚杆加固区围岩稳定理论与传统锚杆支护理论对比分析27
• 2.3.3 锚杆加固区力学机理分析27-30
• 2.4 传统锚杆支护理论围岩稳定性分析30-33
• 2.5 锚杆加固区围岩稳定理论围岩稳定性分析33-42
• 2.5.1 巷道围岩力学分析33-39
• 2.5.2 巷道围岩稳定性判定39-42
• 2.6 小结42-43
• 3 锚杆加固区围岩支护参数设计及支护效果评价43-57
• 3.1 锚杆加固区围岩变形分析43-47
• 3.2 锚杆加固区围岩支护参数设计47-51
• 3.2.1 传统支护围岩支护参数设计48-49
• 3.2.2 加固区围岩支护参数设计49-50
• 3.2.3 锚杆预张力的设计50-51
• 3.3 围岩支护强度系数的提出51-52
• 3.4 围岩支护强度系数的分析52-54
• 3.4.1 传统支护理论设计的围岩支护强度系数分析52-53
• 3.4.2 锚杆加固区围岩稳定理论设计的围岩支护强度系数分析53-54
• 3.5 巷道围岩支护效果评价54-56
• 3.6 小结56-57
• 4 禾草沟5号煤层辅运大巷围岩支护效果分析57-70
• 4.1 工程概况57-58
• 4.2 禾草沟5号煤层辅运大巷围岩支护方案设计58-62
• 4.2.1 传统支护理论设计方案58-60
• 4.2.2 锚杆加固区围岩稳定理论支护设计方案60-62
• 4.3 现场监测方案和监测结果62-69
• 4.3.1 现场监测方案62-65
• 4.3.2 监测结果65-68
• 4.3.3 监测结果分析68-69
• 4.4 小结69-70
• 5 结论与展望70-72
• 5.1 结论70-71
• 5.2 展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76

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本文编号：1104771