断层附近巷道围岩稳定性影响及控制技术研究

发布时间：2020-07-01 21:16

【摘要】：论文以东庞矿深部水平近断层巷道为工程背景,综合运用理论分析、数值模拟以及工业试验等方法,分析了断层形成的力学形成机制;通过建立力学模型,推导了正断层形成后垂直主应力、水平主应力以及剪应力的表达公式;研究了近断层巷道顶底板的变形规律以及断层与巷道之间保护煤柱塑性区范围;模拟了断层的几何要素对断层附近地应力场的影响规律;采用数值模拟的方法研究了不同宽度断层保护煤柱下巷道围岩应力分布和变形破坏情况。得出以下结论:(1)正断层形成后垂直于断层走向的水平主应力以及断层面上的剪应力相较于断层形成前都呈增大趋势,其中垂直于断层走向的水平主应力的值为断层形成前1.81~5.47倍;(2)近断层巷道顶板在肩角处应力集中系数最大,在巷道横截面上,巷道底板与断层距离越近底鼓量越大,保护煤柱中塑性区的宽度与巷道的落差成正相关,与煤柱帮的支护强度、巷道与断层的距离呈负相关。(3)断层的几何要素对断层附近地应力的分布有较大的影响。断层落差越大、破碎带厚度越厚,断层附近应力集中系数越大、影响范围越大。断层倾角对断层地应力的影响规律则相反,倾角越大,应力集中系数越小,影响范围越小。(4)结合工程地质条件,确定近断层巷道合理保护煤柱宽为20m。针对断层几何要素空间分布不均一特征,采用分段支护方式,对不同段巷道采用不同的支护参数。(5)基于正交试验确定了近断层巷道采用锚杆索支护时,锚杆直径、长度、间排距以及预紧力的最佳组合方式。针对深部水平近断层巷道非对称变形破坏特征,采用高强度锚杆索高预紧力主动支护、近断层帮及底板加强支护以及巷帮底角控让耦合支护的支护原则,有效的控制了近断层巷道围岩的非对称变形破坏,阻止了断层水平构造应力引起的底板剪切滑移。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD353
【图文】：

曲线,安德森模式,应力状态,岩体

向线基本呈直线状。逆断层倾角多在 0~60°之间，其中倾角为 25°断层又被称为逆冲断层，断层走向线大多呈蜿蜒的曲线状。平移断层平面的夹角为 90°，断层走向线呈平直状，一般延伸长度较长。2）正断层形成的安德森模式层的形成起源岩体中的微小裂隙，岩体中的微小裂隙逐渐发育形成较裂隙继续发育形成破裂面。破裂面两边的岩体如没有相对位移，则岩构造。破裂面两边岩体产生明显的相对滑动，则生成断层构造。And为岩体的破裂遵循格里菲斯强度准则，即岩体在三轴主应力条件下发。假设地下岩体为均质岩体，则三轴主应力的方向为：其中一个主应向，另两个为水平方向。最大主应力 σ1的方向为垂直方向，中间主应力 σ2和最小主应力 σ3为，生成的断层为正断层；当中间主应力 σ2的方向为垂直方向，最大和最小主应力 σ3的方向为水平方向时，生成的断层为平移断层；当最σ3的方向为垂直方向，最大主应力 σ1和中间主应力 σ2的方向为水平成的断层为逆断层。如下图 2-1 所示。

正断层,力学分析,破裂岩,断层角

图 2-2 断裂带内分带结构特征Figure 2-2 Characteristics of zonal structure in fault zone应力演化(Fault Stress Evolution)的正断层形成的安德森模式，可知正断层形成时的最向,即 σ1为上覆岩层的重力。断层形成过程的受力状剪切破裂形成裂隙，在持续构造应力的作用下，裂隙层。造岩份正常岩体结程度原始胶结破裂岩化带原始胶结后期胶结逐渐增加断层角烁岩断层泥糜棱岩化片理岩化破碎岩化后期胶结破裂岩化带原始胶结后期胶结逐渐增加断层角烁岩断层泥正常岩体原始胶结高低高低、压力程度

【参考文献】