高应力软岩巷道失稳机理及让压支护技术研究
发布时间：2021-02-24 15:55
进入新世纪以来,煤炭开采不断向深部发展,随采深增加,地应力也不断上升,传统硬岩在高应力作用下会向软岩转变,由于软岩塑性变形严重且持续时间较长,随之而来的高应力软岩支护问题就成为煤矿开采向深部发展必须攻克的难题。本文以高应力软岩巷道为研究对象,首先采用理论分析方法,对高应力软岩巷道的破坏机理进行分析,得出了高应力软岩部分变形破坏无法避免,巷道围岩发生可控变形有利于整体稳定;其次,通过分析让压支护锚固机理,得出让压支护可以吸收围岩变形的巨大能量,与围岩结合共同承担外部载荷,并在此基础上,利用ABAQUS模拟软件对让压管尺寸进行优化,最终确定壁厚3mm、材质使用Q235B钢型、中鼓直径42mm为最优参数,改进锚杆结构,增加加固锚头和撑架,提高锚固力;最后通过FLAC3D模拟软件对4种不同方案进行对比分析可得,使用让压锚杆后变形量虽略有增大,但仍在可控范围内,且系统中锚杆轴力较小,进入屈服状态的锚杆数量较少,支护系统更为稳定。以霄云煤矿东翼轨道大巷为工程背景,对传统支护方案进行改进。以理论和数值模拟结论为指导,对巷道支护密度和支护方式进行优化,最终提出采用“锚喷（让压锚杆）+锚索+滞后注浆”的...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１技术路线图??Ｆｉｇ．１．１?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｒｏａｄ?ｍａｐ??
距离金乡县城约２０ｋｍ，区内有３４６省道及１０５国道穿过，交通十分便??利。其隶属于济宁矿业集团，矿井由东至西长度大致为８．１ｋｍ，由南至北宽度??大致为２．９ｋｍ，其大致面积为２３．４２４８ｋｍ２。其地理位置见图２．１。??图２．１交通位置图??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｒａｆｆｉｃ?ｌｏｃａｔｉｏｎ?ｍａｐ．??２．１．２地质构造??该地区地层为单斜构造，走向接近东西，倾向为北，倾角１０°？２１°，深部??较缓，浅部较陡。其整体位于郯庐大断裂的西侧，秦岭东西构造带北分支的东??端和新华夏系第二隆起带西侧的交汇处。构造以波状褶皱为主，其发育程度较??低，波幅不大，同时附有大量断裂。此外井田范围内有大量断层交错分布，构??造复杂程度为中等。??井田内共１９条断层，断层走向大致以北东、北西为主，倾向以北西、南东??为主。断层落差差别较大，其中落差小于３０ｍ的有１１条；落差在３０－２００ｍ之??间的有５条，分别是曹马集支断层、ＤＦ４、ＤＦ７、ＤＦ１２和Ｆ：断层；落差大于２００ｍ??的断层只有两条
掘进始于测量点ＮＩ＃点，方位为３４８°，且以＋３％。上坡坡度进行掘进。同时，施??工过程中，在东翼轨道大巷右帮每间隔４０ｍ设置一个直墙半圆拱的躲避硐室。巷??道具体情况如图２．３所示。??气，井下爆麵猫??图２．３东翼轨道大巷位置图??Ｆｉｇ．２．３?Ｅａｓｔ?ｗｉｎｇ?ｔｒａｃｋ?ｒｏａｄｗａｙ?ｌｏｃａｔｉｏｎ?ｍａｐ??２．２．２巷道原始支护设计??东翼轨道大巷断面形状为直墙半圆拱形，宽度为４ｍ，高度为３．８５ｍ，断面??净面积Ｓ￥＝１３．６８ｍ２；掘进时要求宽度为４．２８ｍ，高度为３．９９ｍ，掘进的断面面??积为Ｓ?？＝１５．１２ｍ２。巷道原支护断面如图２．４所示。??东翼轨道大巷在支护方案设计时选用了“锚网喷＋钢筋梯”的组合，其中锚杆??为无纵筋螺纹钢式树脂金属锚杆，型号使用ＭＳＧＬＷ－３３５，半径为１０＿，长??２１００＿。锚杆的具体布置尺寸和角度如图２．４所示，其中两帮底脚各有一个角??度为１５°左右的锚杆；??金属网型号为ＪＷＨ－Ｌ，尺寸为１０００＞＜２〇〇〇＿，由１００ｘ１００规格经讳钢筋焊??网拼接而成
【参考文献】：
期刊论文
[1]深井高地应力让压支护技术及应用[J]. 秦忠诚,秦琼杰,陈文龙,杨方旭. 矿业研究与开发. 2017(03)
[2]深部软岩巷道底鼓机理与治理试验研究[J]. 孙利辉,杨本生,孙春东,李星,王重文. 采矿与安全工程学报. 2017(02)
[3]高应力软岩巷道底鼓机理及控制实践[J]. 王晓卿,阚甲广,焦建康. 采矿与安全工程学报. 2017(02)
[4]千米深井软岩巷道U型钢管混凝土拱架立体支护体系施工工艺[J]. 杨宁,李为腾,玄超,张玉华. 煤矿安全. 2016(12)
[5]深部高应力破碎软岩巷道支护技术研究及其应用[J]. 孟庆彬,韩立军,张建,文圣勇,张帆舸,李浩. 中南大学学报(自然科学版). 2016(11)
[6]化学注浆复合支护技术在软岩巷道中的应用[J]. 张文,陶宇. 矿业研究与开发. 2016(10)
[7]基于ABAQUS的高强让压锚杆数值模拟及支护评价[J]. 项力,肖明,孟鹏. 水电能源科学. 2016(05)
[8]深井断层破碎带穿层软岩巷道锚网索耦合控制对策[J]. 郝育喜,王炯,王浩,孟志刚,郭志飚. 采矿与安全工程学报. 2016(02)
[9]基于注浆试验的深井软岩CT分析[J]. 杨仁树,薛华俊,郭东明,何天宇,李涛涛,赵鹏飞,张艳秋. 煤炭学报. 2016(02)
[10]软岩巷道锚注支护智能设计专家系统及应用[J]. 王连国,陆银龙,孙小康. 采矿与安全工程学报. 2016(01)
博士论文
[1]薄煤层综采自动化关键技术及应用研究[D]. 张步勤.中国矿业大学（北京） 2015
[2]深部软岩巷道承载结构失效机理及定量让压约束混凝土拱架支护体系研究[D]. 李为腾.山东大学 2014
[3]黄沙矿极薄煤层高效综采技术研究[D]. 郭周克.中国矿业大学（北京） 2013
[4]深部巷道围岩破坏机理及支护对策研究[D]. 张军.中国矿业大学（北京） 2010
[5]软岩巷道变形机理分析与钢管混凝土支架支护技术研究[D]. 王波.中国矿业大学（北京） 2009
[6]深井综放沿空巷道围岩变形演化规律及控制[D]. 曲天智.中国矿业大学 2008
[7]高应力软岩巷道有控卸压与蠕变控制研究[D]. 王襄禹.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]介板沟煤矿软岩大巷U型钢支护技术研究[D]. 魏燕龙.中国矿业大学 2016
[2]深井巷道“双壳”支护壳体结构力学分析[D]. 贾永丰.河北工程大学 2015
[3]应力扰动敏感型巷道围岩变形破坏机理及分区支护技术[D]. 冯朝朝.中国矿业大学 2014
[4]中空注浆锚索技术在清水营煤矿的应用研究[D]. 戴国涛.安徽理工大学 2014
[5]深部巷道破碎围岩稳定性特征及控制技术研究[D]. 苏鑫.太原理工大学 2014
[6]深部软岩巷道耦合支护机制及参数优化研究[D]. 范加冬.中国矿业大学 2014
[7]林南仓矿软岩巷道支护方案优化研究[D]. 罗忠伟.河北联合大学 2014
[8]长平矿回采巷道注浆加固方案研究[D]. 林海峰.辽宁工程技术大学 2012
[9]沿空动压巷道围岩稳定性与支护技术研究[D]. 郭正宝.山东科技大学 2011
[10]预应力锚索工作应力的检测方法研究[D]. 付丹.清华大学 2010
本文编号：3049607
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１技术路线图??Ｆｉｇ．１．１?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｒｏａｄ?ｍａｐ??
距离金乡县城约２０ｋｍ，区内有３４６省道及１０５国道穿过，交通十分便??利。其隶属于济宁矿业集团，矿井由东至西长度大致为８．１ｋｍ，由南至北宽度??大致为２．９ｋｍ，其大致面积为２３．４２４８ｋｍ２。其地理位置见图２．１。??图２．１交通位置图??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｒａｆｆｉｃ?ｌｏｃａｔｉｏｎ?ｍａｐ．??２．１．２地质构造??该地区地层为单斜构造，走向接近东西，倾向为北，倾角１０°？２１°，深部??较缓，浅部较陡。其整体位于郯庐大断裂的西侧，秦岭东西构造带北分支的东??端和新华夏系第二隆起带西侧的交汇处。构造以波状褶皱为主，其发育程度较??低，波幅不大，同时附有大量断裂。此外井田范围内有大量断层交错分布，构??造复杂程度为中等。??井田内共１９条断层，断层走向大致以北东、北西为主，倾向以北西、南东??为主。断层落差差别较大，其中落差小于３０ｍ的有１１条；落差在３０－２００ｍ之??间的有５条，分别是曹马集支断层、ＤＦ４、ＤＦ７、ＤＦ１２和Ｆ：断层；落差大于２００ｍ??的断层只有两条
掘进始于测量点ＮＩ＃点，方位为３４８°，且以＋３％。上坡坡度进行掘进。同时，施??工过程中，在东翼轨道大巷右帮每间隔４０ｍ设置一个直墙半圆拱的躲避硐室。巷??道具体情况如图２．３所示。??气，井下爆麵猫??图２．３东翼轨道大巷位置图??Ｆｉｇ．２．３?Ｅａｓｔ?ｗｉｎｇ?ｔｒａｃｋ?ｒｏａｄｗａｙ?ｌｏｃａｔｉｏｎ?ｍａｐ??２．２．２巷道原始支护设计??东翼轨道大巷断面形状为直墙半圆拱形，宽度为４ｍ，高度为３．８５ｍ，断面??净面积Ｓ￥＝１３．６８ｍ２；掘进时要求宽度为４．２８ｍ，高度为３．９９ｍ，掘进的断面面??积为Ｓ?？＝１５．１２ｍ２。巷道原支护断面如图２．４所示。??东翼轨道大巷在支护方案设计时选用了“锚网喷＋钢筋梯”的组合，其中锚杆??为无纵筋螺纹钢式树脂金属锚杆，型号使用ＭＳＧＬＷ－３３５，半径为１０＿，长??２１００＿。锚杆的具体布置尺寸和角度如图２．４所示，其中两帮底脚各有一个角??度为１５°左右的锚杆；??金属网型号为ＪＷＨ－Ｌ，尺寸为１０００＞＜２〇〇〇＿，由１００ｘ１００规格经讳钢筋焊??网拼接而成
【参考文献】：
期刊论文
[1]深井高地应力让压支护技术及应用[J]. 秦忠诚,秦琼杰,陈文龙,杨方旭. 矿业研究与开发. 2017(03)
[2]深部软岩巷道底鼓机理与治理试验研究[J]. 孙利辉,杨本生,孙春东,李星,王重文. 采矿与安全工程学报. 2017(02)
[3]高应力软岩巷道底鼓机理及控制实践[J]. 王晓卿,阚甲广,焦建康. 采矿与安全工程学报. 2017(02)
[4]千米深井软岩巷道U型钢管混凝土拱架立体支护体系施工工艺[J]. 杨宁,李为腾,玄超,张玉华. 煤矿安全. 2016(12)
[5]深部高应力破碎软岩巷道支护技术研究及其应用[J]. 孟庆彬,韩立军,张建,文圣勇,张帆舸,李浩. 中南大学学报(自然科学版). 2016(11)
[6]化学注浆复合支护技术在软岩巷道中的应用[J]. 张文,陶宇. 矿业研究与开发. 2016(10)
[7]基于ABAQUS的高强让压锚杆数值模拟及支护评价[J]. 项力,肖明,孟鹏. 水电能源科学. 2016(05)
[8]深井断层破碎带穿层软岩巷道锚网索耦合控制对策[J]. 郝育喜,王炯,王浩,孟志刚,郭志飚. 采矿与安全工程学报. 2016(02)
[9]基于注浆试验的深井软岩CT分析[J]. 杨仁树,薛华俊,郭东明,何天宇,李涛涛,赵鹏飞,张艳秋. 煤炭学报. 2016(02)
[10]软岩巷道锚注支护智能设计专家系统及应用[J]. 王连国,陆银龙,孙小康. 采矿与安全工程学报. 2016(01)
博士论文
[1]薄煤层综采自动化关键技术及应用研究[D]. 张步勤.中国矿业大学（北京） 2015
[2]深部软岩巷道承载结构失效机理及定量让压约束混凝土拱架支护体系研究[D]. 李为腾.山东大学 2014
[3]黄沙矿极薄煤层高效综采技术研究[D]. 郭周克.中国矿业大学（北京） 2013
[4]深部巷道围岩破坏机理及支护对策研究[D]. 张军.中国矿业大学（北京） 2010
[5]软岩巷道变形机理分析与钢管混凝土支架支护技术研究[D]. 王波.中国矿业大学（北京） 2009
[6]深井综放沿空巷道围岩变形演化规律及控制[D]. 曲天智.中国矿业大学 2008
[7]高应力软岩巷道有控卸压与蠕变控制研究[D]. 王襄禹.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]介板沟煤矿软岩大巷U型钢支护技术研究[D]. 魏燕龙.中国矿业大学 2016
[2]深井巷道“双壳”支护壳体结构力学分析[D]. 贾永丰.河北工程大学 2015
[3]应力扰动敏感型巷道围岩变形破坏机理及分区支护技术[D]. 冯朝朝.中国矿业大学 2014
[4]中空注浆锚索技术在清水营煤矿的应用研究[D]. 戴国涛.安徽理工大学 2014
[5]深部巷道破碎围岩稳定性特征及控制技术研究[D]. 苏鑫.太原理工大学 2014
[6]深部软岩巷道耦合支护机制及参数优化研究[D]. 范加冬.中国矿业大学 2014
[7]林南仓矿软岩巷道支护方案优化研究[D]. 罗忠伟.河北联合大学 2014
[8]长平矿回采巷道注浆加固方案研究[D]. 林海峰.辽宁工程技术大学 2012
[9]沿空动压巷道围岩稳定性与支护技术研究[D]. 郭正宝.山东科技大学 2011
[10]预应力锚索工作应力的检测方法研究[D]. 付丹.清华大学 2010
本文编号：3049607
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