软岩条件下巷道锚网索耦合支护参数优化研究

发布时间：2020-11-03 20:53

　　 随着煤矿逐渐进入深部开采以及地下空间的拓展范围不断增大,软岩工程围岩控制问题一直困扰着煤矿生产和深部隧道施工。目前,软岩巷道支护技术是煤炭系统中亟需解决的一个关键问题,成为我国岩石力学发展的主要任务之一。近些年来,耦合支护技术被大量运用到对于软岩地下工程的支护中,尤其是锚网索耦合支护技术,相较于其他支护形式优势明显。目前,熟练掌握锚网索耦合支护这项技术,更好发挥其对于软岩地下工程中的支护效果成为研究的热门课题。为此,针对软岩条件下巷道耦合支护效果不佳问题,本文通过理论分析、数学计算和FLAC~(3D)数值模拟对软岩条件下的巷道锚网索耦合支护参数优化进行研究,取得以下研究成果:(1)通过经典支护理论建立围岩力学模型,推导出围岩松动圈厚度与软岩巷道变形量有着直接重要的关系,并计算出研究巷道松动圈半径为4.78m,松动圈厚度为1.76m。(2)利用正交试验安排合理化数值模拟方案,对巷道顶底板位移量和两帮移进量结果进行极差分析,确定出对于控制巷道变形量中支护参数的主次要因素。并通过综合分析选取优化支护参数:锚杆Φ22mm×2000mm,顶锚杆间排距900mm×1000mm,帮锚杆间排距800mm×1000mm,锚杆预紧力90KN,锚索长度6300mm,锚索预紧力150KN。(3)结合实际工程判定研究巷道的变形机制为Ⅰ_CⅡ_(ABD)Ⅲ_D型,在支护优化参数基础上,针对变形力学机制类型提出底板安装两根底板锚杆和调整顶板和两帮锚杆角度等措施,加强对于关键部位耦合支护,从而形成一套锚网索耦合支护优化方案。(4)利用FLAC数值模拟对软岩条件下锚网索耦合支护优化方案和原方案进行计算,从位移变形量、应力分布情况和塑性区范围等方面对比分析,优化参数后的锚网索耦合支护方案在各方面有明显改善。最后,通过现场试验性监测,实际巷道变形量与数值模拟结果大致相同,满足矿井安全生产的巷道稳定性要求,验证了优化参数研究的科学可行性。并确定二次支护最佳时间段在开挖大约13天前后,从而在不同支护体间耦合同时最大限度发挥围岩自身承能力实现巷道理想耦合支护效果。
【学位单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD353
【部分图文】：

悬吊理论

组合梁理论是 1952 年由德国人加考比首先提出的，在不稳定岩层中可利用锚杆的连接可以将原本不稳定的层状地质层整合成一个整体，使得岩层之间的整体的整体性能提高，从而提高了岩层之间的摩擦力，与之提高的是岩层的抗弯刚度。如图1.2 所示。图 1.2 组合梁理论压缩拱理论是由彭德和兰氏通过光弹试验提出的。锚杆可以将各自之间的拉应力区域相互重叠交错，从而形成一个承压拱，分散各自在围岩之间的拉应力，这样的结构不仅仅能提高自身系统的稳定性，同时还可以提高上层围岩的稳定性。但该理论在实际应用中还存在其局限性，无法应对现场中复杂因素的影响，使其无法完全运用于实践工程中，如图 1.3 所示。最大水平应力理论有澳大利亚人盖尔首先提出，其理论主要认为巷道的稳定性主要是由水平应力决定的，水平应力是一个向量，不仅仅只有大小还是方向，水平应力产生的形变远远大于垂直应力，如图1.4 所示。图 1.3 压缩拱原理 图1.4 最大水平应力理论奥地利工程师 L.V.Labcewicz 提出了新奥法[1,2]

图 1.2 组合梁理论压缩拱理论是由彭德和兰氏通过光弹试验提出的。锚杆可以将各自之间的拉应力区相互重叠交错，从而形成一个承压拱，分散各自在围岩之间的拉应力，这样的结构不仅能提高自身系统的稳定性，同时还可以提高上层围岩的稳定性。但该理论在实际应中还存在其局限性，无法应对现场中复杂因素的影响，使其无法完全运用于实践工程，如图 1.3 所示。最大水平应力理论有澳大利亚人盖尔首先提出，其理论主要认为巷道的稳定性主要由水平应力决定的，水平应力是一个向量，不仅仅只有大小还是方向，水平应力产生形变远远大于垂直应力，如图1.4 所示。
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本文编号：2869085