深部水平巷道群围岩变形机理与支护对策研究

发布时间：2017-09-22 09:08

  本文关键词：深部水平巷道群围岩变形机理与支护对策研究

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【摘要】：本文采用现场地质调查实测、实验室试验、理论分析和数值模拟试验相结合的研究方法,对朱集西煤矿的一水平西翼11煤水平巷道群地应力分布特征及巷道布置、巷道群掘进次应力与巷道围岩稳定性、巷道群围岩变形失稳机理与支护方案优化进行了系统的研究。通过现场地质资料调查分析、物理力学试验以及现场地应力测试、理论计算和FLAC3D数值模拟分析,分别得到西翼11煤水平巷道群围岩变形破坏失稳特征、巷道群围岩环境基本情况、西翼11煤水平巷道的最佳布置方位角和巷道群掘进期间的围岩应力场和位移场的基本情况。运用FLAC3D建立了模拟西翼11煤水平巷道群数值模拟模型。分析西翼11煤巷道群在原支护状态下的围岩的塑性区、应力场和位移场以及在巷道群掘进期间各巷道间的扰动影响。结果表明：西翼11煤水平巷道群在开拓过程中,掘进引起的二次应力场相互叠加,围岩应力集中程度显著增大。在原支护设计的基础上,研究分析了临近巷道在掘对已掘巷道围岩塑性区和应力场的影响规律,找出巷道支护承载结构的易失稳破坏的位置,确定了合理补强方案。基于巷道群围岩变形机理,采用理论计算和工程类比对西翼11煤巷道群中每条巷道提出相应优化支护方案。对于巷道支护,提出了高强预应力让压锚杆(索)+底板锚杆+全断面注浆和高强预应力让压锚杆(索)+二次支护+全断面注浆的多层次组合支护方案技术。现场工业性实践表明：采用该优化支护方案后,水平巷道群围岩变形控制在了合理范围内,可以有效解决西翼11煤水平巷道群的失稳问题。
【关键词】：深井 水平巷道 掘进扰动 巷道变形 组合支护
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 1 绪论16-24
• 1.1 问题的提出16-18
• 1.2 国内外研究现状18-21
• 1.2.1 地应力与巷道支护关系研究现状18-19
• 1.2.2 巷道围岩控制理论研究现状19-20
• 1.2.3 深部巷道支护对策20-21
• 1.2.4 存在的问题21
• 1.3 主要研究内容与技术路线21-24
• 1.3.1 主要研究内容21-22
• 1.3.2 研究方法与技术路线22-24
• 2 西翼11煤水平巷道群工程地质条件与失稳情况调查分析24-38
• 2.1 矿井基本概况24-27
• 2.1.1 位置和交通24-26
• 2.1.2 矿井基本概况26
• 2.1.3 区域地质构造26-27
• 2.2 西翼11煤巷道群失稳状况调查及影响因素初步分析27-36
• 2.2.1 西翼11煤运输大巷工程概况27-30
• 2.2.2 西翼11煤矸石运输大巷工程概况30-32
• 2.2.3 西翼11煤轨道大巷工程概况32-34
• 2.2.4 西翼11煤回风大巷工程概况34-36
• 2.3 本章小结36-38
• 3 岩石物理力学试验与地应力测试38-46
• 3.1 围岩物理力学参数试验38-39
• 3.2 地应力测试39-42
• 3.2.1 测试仪器及地点的选择39-40
• 3.2.2 测试结果及分析40-42
• 3.3 巷道最佳轴线方位角理论计算42
• 3.4 主地应力方向与巷道轴线关系数值模拟分析42-45
• 3.4.1 数值模型42-43
• 3.4.2 模拟方案43-44
• 3.4.3 数值模拟结果44-45
• 3.4.4 数值模拟结果分析45
• 3.4.5 朱集西煤矿一水平巷道布置建议45
• 3.5 本章小结45-46
• 4 西翼11煤水平巷道群围岩变形失稳分析46-68
• 4.1 数值模型46-49
• 4.1.1 数值分析模型建立及模拟方案46-47
• 4.1.2 数值模拟分析本构关系47-49
• 4.2 巷道围岩稳定性理论分析49-53
• 4.2.1 巷道围岩弹性区次生应力49-50
• 4.2.2 巷道围岩塑性区次生应力及塑性区半径50-52
• 4.2.3 巷道围岩位移场理论52-53
• 4.3 围岩稳定性数值分析53-59
• 4.3.1 巷道围岩应力场53-54
• 4.3.2 巷道塑性区发育54
• 4.3.3 巷道围岩位移54-59
• 4.4 优化锚杆索间排距对巷道群围岩稳定的影响59-61
• 4.4.1 锚杆索的调整59-60
• 4.4.2 模拟效果对比分析60-61
• 4.5 巷道群掘进期间围岩稳定性的影响分析61-65
• 4.5.1 原巷道群掘进与围岩稳定性的关系61-65
• 4.5.2 巷道布置建议65
• 4.6 本章小结65-68
• 5 支护方案优化与工业性试验68-88
• 5.1 深部巷道支护原理68
• 5.2 西翼11煤运输大巷支护优化方案的选择68-74
• 5.2.1 支护参数理论计算68-73
• 5.2.2 西翼11煤运输大巷支护方案73-74
• 5.2.3 支护试验效果74
• 5.3 西翼11煤矸石运输大巷支护优化方案的选择74-78
• 5.3.1 支护参数理论计算74-77
• 5.3.2 西翼11煤矸石运输大巷支护方案77
• 5.3.3 支护试验效果77-78
• 5.4 西翼11煤回风大巷支护优化方案的选择78-83
• 5.4.1 设计方法78
• 5.4.2 支护方案78-79
• 5.4.3 西翼11煤回风大巷锚喷支护材料参数选择79-80
• 5.4.4 支护参数验算80-83
• 5.4.5 支护试验效果83
• 5.5 西翼11煤轨道大巷支护优化方案的选择83-87
• 5.5.1 设计方法83
• 5.5.2 支护方案83-85
• 5.5.3 西翼11煤轨道大巷锚喷支护材料参数选择85
• 5.5.4 支护参数验算85-87
• 5.5.5 支护试验效果87
• 5.6 本章小结87-88
• 6 主要结论与存在不足88-90
• 6.1 主要结论88
• 6.2 存在问题及展望88-90
• 参考文献90-96
• 致谢96-97
• 作者简介及读研期间主要科研成果97

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