基于深部大变形巷道的释压支护技术研究

发布时间：2020-11-09 14:00

　　 近些年来,煤矿的开采深度越来越大,随之而来的就是巷道围岩体所处地质环境的愈加复杂。深部巷道围岩较浅部出现了许多其独有的特征,并不可避免的造成了多种工程灾害,如巷道地压显现强烈,底鼓及两帮片帮严重,温度普遍升高及岩石流变现象严重等,这些灾害极大的威胁着井下工作人员的生命安全,进而影响矿井的高效生产。深部大变形巷道的支护问题如今已受到了地下工程领域的高度重视,被视为了矿山开采未来30年内最复杂也最有意义的课题。一方面它是解决老矿井向更深处开采的关键技术之一;另一方面,它对城市地下空间的开发和各种隧道的建设也具有很强的指导作用,因此,对深部大变形巷道围岩应力、变形和支护技术的研究是刻不容缓的。目前,对于深部大变形巷道的支护技术主要有三种:受新奥法启发而形成的锚喷二次或多次支护;通过爆破,钻孔,留巷等手段或方法,将巷道围岩表面的高应力向深部转移的卸压技术;通过释压材料的压缩变形来释放围岩表面高应力的释压技术。相较与其它两种支护技术,释压支护技术在保证围岩完整性的前提下能有效释放围岩中的高应力,保持巷道的稳定性。释压支护技术的核心在于释压材料的选择,好的释压材料可以使释压支护技术的优点得以充分发挥,因此,分析研究一种性能良好,经济效益的释压材料是一个非常有意义的课题。本文通过理论层面分析,实验室材料试验,数值计算软件模拟和工程实践相结合的研究方法,对释压材料在深部大变形巷道支护中的应用技术做出了研究,主要研究内容如下:(1)对深部大变形巷道的破坏特征和影响因素进行了分析总结,并且基于蠕变模型和K-V模型对深部巷道围岩的大变形做出了理论分析。(2)从力学和能量学的角度对释压支护的机理做出了分析说明,并通过对深部大变形巷道弹塑性力学的分析,得到了释压支护技术围岩合适变形量的计算公式。(3)通过大量的文献搜集和实验室实验对三大类释压材料的性能进行了研究,并通过对比分析确定了最佳的材料选择。(4)以深部大变形巷道实际所处的地质环境为原型,进行FLAC~(3D)数值计算模型的构建,并分别对三种释压材料在深部大变形巷道中的支护效果进行数值模拟分析,从塑性区范围、应力变化和位移变化三个方面比较其支护效果的优劣,从而确定最佳的释压材料。(5)将通过力学性能和数值模拟分析选定的释压材料运用到新旺煤矿的巷道支护中去,并与原支护方案进行对比分析,验证其支护效果,从而确定释压支护技术对深部大变形巷道支护的实际意义。通过本文的研究,对深部大变形巷道释压支护技术有了更深刻的认识,丰富了释压支护技术对释压材料的选择,为释压支护技术在不同地质条件下深部巷道中的应用打下了基础,对我国深部地下工程的稳定性控制贡献了微薄之力。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD353
【部分图文】：

研究技术路线图

抗压强度作为木质释压材料的抗压强度。（2）木质释压材料抗压强度实验木材的抗压强度可以分为顺纹抗压强度和横纹抗压强度，顺纹抗压强度是指木材在纹理方向单位面积所能承受的最大应力，木材的横纹抗压强度指木材在垂直于纹理方向单位面积所能承受的最大应力。通常情况下，木材的横纹抗压强度远小于顺纹抗压强度，仅为后者的 10%～20%，一般在 10MPa 以下，而深部巷道围岩所承受的应力一般大于25MPa，所以在研究木质释压材料时，对于天然木材，我们以其顺纹抗压强度作为衡量木材抗压能力优劣的标准。① 试件的制作选取一段没有明显缺陷的杨木板材，然后用锯条从中锯下四个 75mm×75mm×75mm的正方体试块，并将试块的 6 个面刨光待用，松木试块及木屑板试块的制作与杨木试块的制作类似，最终制得的三种材料的试块照片如图 3-1 所示。

图 3-2 微机控制万能电液压力机2 Microcomputer controlled universal electro-hydrau压缩照片如图 3-3 所示，杨木与木屑板试件
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本文编号：2876533