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深部软岩巷道围岩稳定性分析与控制技术研究

作　者: 魏明俐
导　师: 林登阁
学　校: 山东科技大学
专　业: 岩土工程
关键词: 深部软岩巷道联合支护地应力数值模拟矿压
分类号: TD353
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

深部软岩巷道稳定性控制课题一直是国内外地下工程支护的难题之一。新世纪以来,浅部矿产资源的匮缺导致开采深度逐年增加,而深部开采面临的地质环境相对复杂。不定因素时常引发突发性工程灾害和重大恶性事故,作业环境恶化,加之生产成本急剧加大,对传统深部支护方式形成了严峻挑战。所以结合理论创新和工程实践形成新的深部软岩巷道支护理论体系至关重要。研究深部软岩巷道的稳定性控制技术具有深远意义。本论文主要针对赵楼煤矿千米大埋深井底车场硐室、交叉点、泵房、回风巷道等处的支护结构中存在的问题,通过岩样分析和物理力学性质试验、地应力测试、松动圈测试、数值模拟分析等手段,得出了深部软岩巷道的破坏机理,确定了合理的支护结构和支护参数。通过以锚注为核心,预应力锚索和锚杆为辅助支护结构的三锚联合支护技术,结合控顶放压技术和底臌控制技术解决了深部软岩巷道的稳定性控制问题。支护后的矿压监测数据证明了稳定性控制技术的成功。本论文总结了深部软弱围岩特有的力学特征,分析了围岩的破坏形态和破坏机理,提出了锚注加固结构、预应力锚索和锚杆的承载机理以及底臌的治理方法。并根据复杂围岩结构所具有的弹塑性特点,运用大松动圈支护理论揭示了联合支护体系对围岩塑性区发展规律的影响,提出综合治理软岩巷道的新方法。本论文应用显式有限差分程序FLAC3D结合有限元软件ANSYS对赵楼煤矿4#交叉点处的巷道支护方式进行了数值模拟,对多种预案进行了评价,内容包括交叉点内岩体开挖后存在围岩流变、预案支护后围岩的受力情况、塑性区的变化等,重点研究了二次支护时机的确定方法。通过对四种预案支护效果的比较,验证了以三锚支护理论为核心,结合控顶卸压技术和底鼓防治技术的联合支护方式在深部软岩巷道稳定性综合控制上的作用,并且总结了数值模拟的新方法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-20
  1.1 课题的提出及研究意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
  1.3 赵楼矿巷道支护中存在的问题  17-18
  1.4 研究的路线和主要内容  18-20
2 岩样分析与巷道失稳变形破坏及机理  20-28
  2.1 深部软岩巷道失稳变形破坏特征  20-21
  2.2 赵楼煤矿岩样分析研究  21-24
  2.3 深部软岩巷道变形破坏机理分析  24-27
  2.4 本章小结  27-28
3 地应力分布规律及实测研究  28-44
  3.1 地应力测试方法概述  28-32
  3.2 钻孔应力解除法测量原理与方法  32-38
  3.3 赵楼煤矿井底车场地应力测试  38-43
  3.4 本章小结  43-44
4 岩石物理力学性质实验研究  44-53
  4.1 岩石物理力学性质实验概述  44-45
  4.2 赵楼矿岩石物理力学性质实验与数据分析  45-52
  4.3 本章小结  52-53
5 软岩巷道稳定机理与控制技术理论研究  53-78
  5.1 软岩巷道围岩松动圈变形机理  53-57
  5.2 岩巷道松动圈地质雷达测试方法与数据分析  57-60
  5.3 松动圈巷道围岩"三锚支护"作用机理  60-69
  5.4 "顶(钻孔)卸压"和"三锚支护"原理  69-71
  5.5 底臌机理分析及控制措施  71-77
  5.6 本章小结  77-78
6 深部软岩巷道开挖支护的数值模拟分析  78-101
  6.1 概述  78-79
  6.2 工程概况  79-80
  6.3 数值模型的建立及参数选取  80-83
  6.4 研究内容及方案选取  83-86
  6.5 数值模拟计算结果与分析  86-100
  6.6 本章小结  100-101
7 软岩巷道围岩矿压的监测控制研究  101-118
  7.1 软岩巷道围岩矿压的监测方案  101-106
  7.2 四号交岔点断面矿压监测结果与数据分析  106-111
  7.3 副井马头门及中央泵房混凝土微应变观测  111-117
  7.4 本章小结  117-118
8 结论与展望  118-120
  8.1 结论  118-119
  8.2 展望  119-120
攻读硕士期间主要成果  120-121
致谢  121-122
参考文献  122-127

深部软岩巷道围岩稳定性分析与控制技术研究

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