深井马头门耦合支护及围岩稳定性分析

发布时间：2020-09-02 19:52

　　 煤炭是我国能源发展战略不可或缺的资源,近年来我国的煤炭开采逐渐向深部进军。煤矿进入深部开采后,采矿环境逐步恶化,随之而来的还有“三高一扰动”难题,这将给深井围岩稳定性控制带来巨大的挑战。马头门作为重要的连接部位,结构上较为复杂,应力集中部位较多,施工困难。本文基于国内外学者的研究成果,分析研究深井马头门巷道围岩变形破坏规律及耦合支护技术。采用理论分析、室内试验、数值模拟和现场监测手段以磁西一号井副井马头门为例,进行以下研究:(1)基于近年来国内外马头门巷道失稳破坏的案例,分析深井马头门围岩变形破坏特征和破坏机理,总结深井马头门巷道耦合支护技术;(2)基于深部围岩非线性能释放规律利用数值模拟和解析解方法分析深井马头门巷道强度耦合、刚度耦合和结构耦合;(3)利用大型有限元软件MIDAS/GTS模拟磁西一号井副井马头门开挖与支护,并分别对不同初期支护方案和二次支护参数进行模拟分析,以期得到最优初期支护方案和最佳支护参数。最终确定初期滞后距离为2m,初期支护方案采用全断面锚杆支护+锚索+注浆+喷射混凝土并挂金属网,二次支护采用强度为C40、厚度为500mm的钢筋混凝土衬砌。本文通过理论分析和数值模拟探索出深井马头门耦合支护机制,并将本文研究成果应用于现场工程,同时结合矿压监测结果验证耦合支护技术的合理性。本文的研究为深井马头门耦合支护和提高围岩稳定性提供借鉴,并能指导现场施工,对相同地质条件的深部矿井开采具有重要的指导意义。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TD353
【部分图文】：

发现有裂隙的钻孔逦预测裂隙带的展布逡逑图２．３工作面前围岩分区破裂化现象逡逑Ｆｉｇ邋２．３邋Ｚｏｎａｌ邋ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ邋ａｈｅａｄ邋ｏｆ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｆａｃｅ逡逑在南非维瓦特斯兰金矿２０００？３０００ｍ深处采场，ＧＤ．Ａｄａｍｓ和ＡＪＪａｇｅｒ［３７］逡逑通过钻孔潜望镜发现巷道顶板交替破裂现象。Ｄ．Ｆ．Ｍａｌａｎ等［３８］在已有监测资料的逡逑基础上分析了采场顶板岩层间隔破裂与时间和采矿活动的关系。钱七虎［３９］院士定逡逑义这种情况是围岩中产生的破裂区与未破裂区的交替现象，这种现象大多数出现逡逑在深部软岩硐室开挖工作面的围岩中，如上图２．３所示。逡逑（４）巷道底臌严重逡逑不同于浅埋隧道，深部开采巷道的底臌量极大［４°］。底臌变形是垂直方向深埋逡逑隧道围岩变形的主要形式。根据相关研究材料说明：随开采深度增大，有许多巷逡逑道都出现严重底臌破坏。深部巷道赋存条件及底臌触发机理的复杂性、支护理念逡逑的落后，使得底臌治理成为深部巷道围岩稳定性控制的一大技术难题。下图２．４逡逑为大屯姚桥矿巷道底臌现象。逡逑１０逡逑

（ａ）俄罗斯Ｍｍｉｃ矿分区破裂化现象逦（ｂ）金川镍矿区深部巷道分区破裂现象逡逑图２．２深部氋应力软岩巷道分区破裂现象逡逑Ｆｉｇ邋２．２邋Ｚｏｎａｌ邋ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ邋ｏｆ邋ｄｅｅｐ邋ｓｏｆｔｒｏａｄｗａｙ邋ｕｎｄｅｒ邋ｈｉｇｈ邋ｓｔｒｅｓｓ逡逑０逦１逦２逦３邋ｍ逡逑发现有裂隙的钻孔逦预测裂隙带的展布逡逑图２．３工作面前围岩分区破裂化现象逡逑Ｆｉｇ邋２．３邋Ｚｏｎａｌ邋ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ邋ａｈｅａｄ邋ｏｆ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｆａｃｅ逡逑在南非维瓦特斯兰金矿２０００？３０００ｍ深处采场，ＧＤ．Ａｄａｍｓ和ＡＪＪａｇｅｒ［３７］逡逑通过钻孔潜望镜发现巷道顶板交替破裂现象。Ｄ．Ｆ．Ｍａｌａｎ等［３８］在已有监测资料的逡逑基础上分析了采场顶板岩层间隔破裂与时间和采矿活动的关系。钱七虎［３９］院士定逡逑义这种情况是围岩中产生的破裂区与未破裂区的交替现象，这种现象大多数出现逡逑在深部软岩硐室开挖工作面的围岩中，如上图２．３所示。逡逑（４）巷道底臌严重逡逑不同于浅埋隧道，深部开采巷道的底臌量极大［４°］。底臌变形是垂直方向深埋逡逑隧道围岩变形的主要形式。根据相关研究材料说明：随开采深度增大，有许多巷逡逑道都出现严重底臌破坏。深部巷道赋存条件及底臌触发机理的复杂性、支护理念逡逑的落后，使得底臌治理成为深部巷道围岩稳定性控制的一大技术难题。下图２．４逡逑为大屯姚桥矿巷道底臌现象。逡逑１０逡

ＲＲｆ１＾１（ａ）辅助运输大巷逦（ｂ）邋７００１顺槽逡逑图２．４大屯姚桥矿巷道严重底臌逡逑Ｆｉｇ邋２．４邋Ｓｅｒｉｏｕｓ邋ｆｌｏｏｒ邋ｈｅａｖｅ邋ｏｆ邋ＤａＴｕｎＹａｏＱｉａｏ邋ｍｉｎｅ逡逑（５）冲击地压频现逡逑随着煤矿开采深度和强度的增加，冲击地压等动态灾害己越来越严重。冲地压是一种严重的破坏动力现象，往往伴随着一声巨大的爆炸声和煤岩蹦出的象，造成支护结构的坍塌，如下图２．５所示，危害极为严重，是深部工程领域全生产的一大威胁因素。逡逑

【参考文献】

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本文编号：2811031