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澜沧铅锌矿凝灰岩软岩巷道破坏机理分析及支护参数优化研究

作　者: 何尽川
导　师: 侯克鹏
学　校: 昆明理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 凝灰岩软岩巷道支护技术新奥法锚喷网有限元ansys
分类号: TD353
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

软岩巷道支护一直是困扰矿山安全生产的重大问题之一。多年来,澜沧铅锌矿的生产过程中一直遇到凝灰岩巷道支护的问题。这种凝灰岩属于软岩,具有易膨胀、遇水易崩解湿化的特性,这就致使巷道极不稳定,常常出现冒顶、两帮内挤、底鼓,甚至全断面的变形破坏。目前,矿山对这种软岩巷道采取的主要支护手段是木架厢支护,虽然这种支护手段简便易行,但是不能彻底解决巷道的变形失稳问题,致使矿山需要经常对巷道进行返修和维护,影响了矿山的正常生产,无形中增加了开采成本并造成重大的经济损失。本文针对澜沧铅锌矿凝灰岩软岩巷道破坏的具体情况,以1700中段开拓平巷凝灰岩比较集中的部位为研究对象进行如下相关研究：1、凝灰岩的室内试验研究。通过对凝灰岩进行密度测定、含水率实验、微观结构分析、吸水实验、崩解湿化实验、膨胀实验、蠕变特性研究以及点荷载实验,得出：凝灰岩中含有大量高岭石和蒙脱石等粘土矿物,且易吸水,这种凝灰岩强度低,属于中膨胀性软岩,在干燥和没有水作用的条件下很少发生膨胀和崩解湿化现象；一旦遇水或在潮湿的环境下,其耐崩解能力大幅降低,膨胀性大幅提升,膨胀速度加快,加之气候、温度的干湿循环、冷热循环的影响,进一步加速了凝灰岩软岩巷道的变形破坏。从实验中可以看出,凝灰岩所含的膨胀性微观物质是造成巷道破坏的主要内在因素,水和湿润空气是造成巷道破坏的主要外在因素。2、结合新奥法理论对澜沧铅锌矿软岩巷道提出锚喷网支护手段,进行了为时两个多月的现场试验,并即时检测,分析实验中的各种影响因素,总体得出较为理想的实验结果。3、采用ansys有限元模拟软件,对主要支护参数进行优化,这包括断面形式、锚杆布置参数,分析结果得出：采用三心圆拱断面形式,能有效提高围岩开挖后初期稳定性；采用长度为1.8m,半径为2cm,弹模为200GPa的实心超强锚杆,间排距为0.75m×0.75m的布置形式更能减小围岩的后期变形量,提高支护的整体稳定性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-17
  1.1 课题的提出  8-9
  1.2 研究现状  9-15
    1.2.1 软岩的物理和力学性质  9-10
    1.2.2 软岩巷道支护  10-12
    1.2.3 锚喷网支护技术的发展研究情况  12-15
  1.3 课题研究的主要内容与方法  15-16
  1.4 该课题研究的理论和实际意义  16-17
第二章澜沧铅锌矿软岩巷道支护现状分析  17-28
  2.1 矿区地质、构造与水文情况简介  17-21
    2.1.1 矿区地质  17-19
    2.1.2 矿区构造  19-20
    2.1.3 矿区水文情况  20-21
  2.2 巷道支护现状  21
  2.3 巷道变形破坏因素分析  21-24
    2.3.1 地质构造因素  23
    2.3.2 巷道围岩性质差,自承能力低  23
    2.3.3 巷道四周不均匀承载,承载体受力条件恶化  23
    2.3.4 巷道断面支护方式不合理  23
    2.3.5 水的因素  23-24
    2.3.6 气候、温度的影响  24
    2.3.7 人为因素  24
  2.4 巷道破坏的规律分析  24-28
    2.4.1 软岩巷道失稳力学机理分析  24-25
    2.4.2 凝灰岩巷道的破坏规律分析  25-26
    2.4.3 施工工艺对巷道稳定性的影响分析  26-28
第三章凝灰岩的物理及力学特性分析  28-64
  3.1 凝灰岩的基本物理性质  28-31
    3.1.1 密度  28-29
    3.1.2 干密度  29-30
    3.1.3 含水率  30-31
  3.2 凝灰岩的微观结构  31-35
    3.2.1 粘土矿物的结构与特征  31
    3.2.2 凝灰岩的形成  31-32
    3.2.3 凝灰岩微观结构研究  32-35
  3.3 凝灰岩的水理特性  35-54
    3.3.1 吸水实验  35-37
    3.3.2 崩解湿化实验  37-44
    3.3.3 膨胀实验  44-54
  3.4 凝灰岩的蠕变特性  54-57
    3.4.1 膨胀岩的蠕变特性  54
    3.4.2 膨胀岩蠕变特性的影响因素  54-55
    3.4.3 温度与湿度在凝灰岩蠕变效应中的偶合  55-57
  3.5 凝灰岩的力学特性  57-61
    3.5.1 点荷载实验  57-61
  3.6 凝灰岩的物理特性与力学特性总结  61-64
第四章现场试验  64-73
  4.1 新奥法的基本原理  64
  4.2 试验目的  64
  4.3 试验段工程概况  64-65
  4.4 巷道支护施工参数的设计  65-66
  4.5 巷道支护施工顺序  66-68
  4.6 现场监测情况  68-71
  4.7 现场实验总结分析  71-73
    4.7.1 现场实验存在的问题  71-72
    4.7.2 现场实验解决的问题  72-73
第五章有限元(ansys)数值模拟分析  73-92
  5.1 有限元(ansys)分析原理  73-76
    5.1.1 有限单元法的基本思想  73
    5.1.2 有限元的基本理论  73-74
    5.1.3 有限元一般的解题步骤  74-76
    5.1.4 数值模拟的假设  76
  5.2 参数模拟优化  76-91
    5.2.1 巷道断面的模拟优化  76-84
    5.2.2 锚杆参数模拟优化  84-91
  5.3 与现场实验的比较分析  91-92
第六章总结与展望  92-94
  6.1 总结  92
  6.2 本文创新点  92-93
  6.3 展望与建议  93-94
致谢  94-95
参考文献  95-98
附录 (攻读学位期间发表的论文及参加的科研项目)  98

澜沧铅锌矿凝灰岩软岩巷道破坏机理分析及支护参数优化研究

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