金川二矿区深部巷道支护机理研究以及围岩稳定性的数值模拟

发布时间：2017-05-17 10:02

  本文关键词：金川二矿区深部巷道支护机理研究以及围岩稳定性的数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：与国内外许多矿山相比，金川镍矿具有深、大、富、碎等特点，因而，从矿山一投产就开始了科研攻关。在巷道支护方面，尤其投入了不少物力和人力，也取得了丰硕的成果，如近些年来一直指导金川巷道施工的“先柔后刚，先让后抗”的支护原则，并在金川二矿区二期工程的建设中发挥了重要的作用。锚杆支护技术的引进以及在工程中的探索和逐步的推广使用，彻底改变了传统的支护理念，即支护就是要靠外部支架去支撑围岩的变形，形成了以强化巷道周边围岩破碎后的残余强度，提高围岩自撑能力的支护理念。 近年来，随着开采深度的逐渐增加，巷道支护的问题又越来越突出。原来使用比较普遍的锚杆支护、U型钢拱架支护以及喷射混凝土支护在1000m(埋藏深度约760m)开拓工程的施工过程中出现了严重的破坏，巷道变形速度之快、变形量之大，二矿区历史上从未有过。 巷道的支护有其最佳的支护方式、最佳的支护强度，这根据巷道所处的地质环境和人们对巷道工程本身的要求不同而不同。“先柔后刚，先让后抗”的支护原则，似乎限制了人们思想，解决巷道支护的问题就是要分两步骤支护，且选择二次支护的时间是关系到支护成败的关键。但很少提出过“先柔”要柔到什么程度，“后刚”要刚到什么程度，以及“先让”要让到什么程度，“后抗”要抗到什么程度，对支护强度的合理范围并没有过多的探究。 论文结合《金川二矿区深部巷道支护机理的研究以及围岩稳定性的数值模拟》课题，针对金川二矿区开采深度日益增加而所引起的严重的巷道支护问题，对金川二矿区地质条件以及以往的岩石力学性质的测定结果、金川二矿区深部岩体以及巷道的变形特征、巷道支护的失效形式、金川二矿区锚杆支护的支护能力以及巷道支护的机理等展开了研究，并运用ANSYS有限元软件对1150水平运输巷道的返修方案进行了模拟计算。论文的主要研究工作如下： (1)对国内外有关巷道支护的技术发展和理论研究进行了研究，包括U型钢、锚杆支护、锚索支护、喷射混凝土支护以及其它的支护方式。 (2)对金川二矿区的地质条件、地应力随深度变化的规律以及以往的关于岩体的力学特性测试的结果进行了全面的调查和研究，认为金川二矿区的岩石单体强度较高，岩体的整体强度低，且具有明显的流变性，具有软 中南大学硕十学位论文 岩的特征。. (3)对巷道围岩变形与支护阻力之间的关系进行了研究，给出了巷道支 护的最佳工作阻力围0.2一0.3MPa。分析了U型钢拱架承载能力和支护阻 力，认为钢拱架的实际支撑能力远未达到理论极限值的原因是实际支护工 作中支架受偏心载荷。对锚杆支护作用方式和支护能力的计算得出，金川 二矿一区锚杆的托板的托锚能力与锚杆的锚固能力不足而且不匹配，推导出 金川二矿区锚杆锚固力估算公式:锚杆的最大锚固力的是最大拉拔力的 75%(，并对喷射混凝土支护的变形机理等进行了研究。 (4)分析了金川二矿区深部高应力碎胀岩体的碎胀和时效性以及巷道的 变形特征，研究了巷道深部围岩的变形规律以及锚杆支护巷道支护破坏失 效形式，从而印证了锚杆支护托锚能力与锚杆粘锚能力的不足和相互的不 匹配，提出了强初撑急增阻高阻力锚杆支护是解决金川二矿区支护问题的 有效途径‘， (5)运用ANSYS超巨型有限元程序在弹塑性理论的基础上对金川.二矿区 1150水平运输巷道的几种返修方案进行了模拟计算和评价。 (6)对金川二矿区深部巷道围岩变形的基本特征形成了基本的认识，提 出围岩维护的基本原则是:在变形地压中，围岩与支护是相互影响共同作 用的共同结构体，维护的着眼点在于充分利用和发挥围岩的自撑能力上。 井给出了几点合理的巷道地压控制措施。
【关键词】：深部巷道 变形特征 支护机理 数值模拟 支护对策
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TD353
【目录】：

• 第一章 绪论11-22
• 1.1 前言11
• 1.2 国内外巷道支护技术发展现状11-17
• 1.2.1 U型可缩性钢支架支护技术12-13
• 1.2.2 锚杆支护技术发展现状13-15
• 1.2.3 锚索支护发展15
• 1.2.4 喷射混凝土支护15-17
• 1.2.5 其它支护技术的发展17
• 1.3 深井巷道的支护现状17-18
• 1.4 巷道支护理论研究现状18-20
• 1.4.1 巷道支护与围岩相互作用原理19
• 1.4.2 悬吊理论、组合理论和组合拱理论19-20
• 1.4.3 松动圈理论20
• 1.5 论文研究的目的、意义以及研究的主要内容20-22
• 第二章 金川矿区地质概况与岩体工程测试22-33
• 2.1 矿区地质概况22-25
• 2.2 矿区地应力规律25-26
• 2.3 金川二矿区的岩体工程测试26-32
• 2.3.1 岩石的物理力学性质27-29
• 2.3.2 结构面的基本力学特征29-31
• 2.3.3 岩体的力学特征31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 巷道支护的作用机理研究33-53
• 3.1 支护对围岩的作用方式33
• 3.2 巷道的支护阻力33-36
• 3.2.1 巷道的支护阻力33-34
• 3.2.2 巷道围岩变形与支护阻力之间的关系34-36
• 3.3 表面支护支架的承载能力和支护阻力36-38
• 3.4 锚杆支护的作用分析38-48
• 3.4.1 锚杆锚固能力38-39
• 3.4.2 锚杆锚固能力计算39-46
• 3.4.3 影响锚杆的实际支护阻力的因素46-48
• 3.5 喷射混凝土支护分析48-52
• 3.5.1 喷射混凝士层的力学性质48-49
• 3.5.2 喷层的变形机理49-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 金川二矿区深部高应力碎胀岩体巷道锚杆的工作特征及支护机理研究53-60
• 4.1 金川二矿区深部高应力碎胀岩体的变形特征53-54
• 4.2 深部高应力碎胀岩体中巷道的变形特征54-55
• 4.3 高应力碎胀岩体锚杆支护巷道周边和深部岩体的变形规律55-56
• 4.4 锚杆支护巷道支护失效形式56
• 4.5 强初撑急增阻高阻力锚杆支护的研究56-59
• 4.5.1 巷道围岩变形损伤过程中锚固力的变化规律56-57
• 4.5.2 初锚力对提高围岩自承力和控制围岩变形的作用57
• 4.5.3 全长树脂锚固锚杆锚固刚度和增阻特性57-58
• 4.5.4 全锚高阻和低阻锚杆的支护效果58-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第五章 金川高应力碎胀岩体巷道的稳定性的数值模拟60-81
• 5.1 概述60-61
• 5.2 数值模拟计算模型的确定61-68
• 5.2.1 工程概况61-65
• 5.2.2 计算方案设计65-66
• 5.2.3 理论本构模型以及基本假设66-67
• 5.2.4 计算域及计算模型的离散化67
• 5.2.5 边界条件67-68
• 5.2.6 岩体介质的力学参数选取68
• 5.3 ANSYS程序简介68-70
• 5.4 数值模拟结果分析70-79
• 5.4.1 返修巷道形状的数值模拟结果分析70-73
• 5.4.2 支护方案的数值模拟结果分析73-76
• 5.4.3 结构面对巷道稳定性影响的数值模拟结果分析76-79
• 5.5 本章小结79-81
• 第六章 金川高应力碎胀岩体巷道支护对策81-85
• 6.1 对金川二矿区深部巷道围岩变形的基本特征认识81-82
• 6.2 巷道深部围岩变形规律82
• 6.3 巷道维护的原理82-83
• 6.4 金川二矿区巷道地压的主要控制措施83-85
• 第七章 全文结论85-87
• 参考文献87-90
• 致谢90-91

【引证文献】

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