张村矿大断面机头硐室围岩控制技术研究

论文摘要

近年来,我国煤矿井下布置大断面巷道的数量越来越多,其支护问题也日益显现出来,特别是在高应力区及深部软岩布置大断面巷道,巷道将处于更高应力环境之中,容易发生巷道的压垮破坏现象。本文在研究了压垮破坏型大断面巷道变形及受力特征的基础上,对压垮破坏型巷道特征进行了界定,总结了造成深部大断面巷道围岩不稳定的主要因素。运用FLAC3D数值模拟软件,以张村煤矿受构造应力影响强烈并造成严重破坏的二煤运输机上山二部机头硐室大断面巷道作为研究对象,分析了原支护方案巷道破坏情况及失效原因,模拟在不同支护参数下巷道围岩的位移大小和应力分布,初步确定锚杆（索）支护参数。文章以“支架-围岩”共同作用原理为依据进行巷道围岩控制,对锚杆（索）支护参数及其它辅助支护进行了详细设计和计算,以进一步纠正数值模拟方案中出现的参数偏差。同时,根据巷道所受水平应力大及煤帮较顶底板岩层强度低、底臌量大的实际,设计了马蹄形U36型钢可伸缩金属支架对巷道进行支护,并对金属支架及底反拱的承载能力进行了相应计算。现场监测表明,所设计的优化方案支护效果好,围岩变形已得到了有效控制,实现了该巷道大断面一次复修成巷、一次支护成功的预期目标。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 二部机头硐室变形特征
• 1.2.1 二部机头硐室特点
• 1.2.2 巷道围岩变形破坏特征
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 关于巷道围岩压力与围岩变形的研究
• 1.3.2 关于巷道围岩控制技术的研究
• 1.3.3 巷道围岩控制的数值模拟方面
• 1.4 存在的问题
• 1.5 主要研究内容及方法
• 1.6 研究技术路线
• 2 岩石物理力学性质试验与地质力学分析
• 2.1 矿井基本情况
• 2.2 岩石物理力学性质试验
• 2.2.1 采样地点及实验仪器、设备
• 2.2.2 岩石物理力学参数测定方法及结果
• 2.2.3 岩石物理力学参数测定结果汇总
• 2.3 岩体力学性质研究
• 2.3.1 强度参数的确定
• 2.3.2 变形参数的确定
• 2.4 二煤运输机上山二部机头硐室地质力学分析
• 2.4.1 巷道围岩条件
• 2.4.2 地质构造
• 2.4.3 水文地质
• 2.4.4 地应力分析
• 2.4.5 围岩稳定性分类
• 3 压垮破坏型大断面巷道变形破坏机理分析
• 3.1 压垮破坏型大断面巷道变形破坏机理
• 3.1.1 支护的作用
• 3.1.2 巷道原支护情况
• 3.1.3 压垮破坏型巷道的界定
• 3.1.4 影响巷道围岩稳定因素
• 3.2 锚杆锚索变形能力匹配分析
• 3.3 本章小结
• 4 压垮破坏型大断面巷道数值模拟分析
• 4.1 FLAC3D 简介
• 4.2 巷道数值模拟分析
• 4.2.1 巷道基本概况
• 4.2.2 数值模型建立
• 4.2.3 数值计算结果分析
• 4.2.4 模拟方案的进一步修改及分析
• 4.3 不同支护方案条件下巷道围岩位移及应力分析
• 4.3.1 围岩位移计算结果分析
• 4.3.2 围岩应力计算结果分析
• 5 压垮破坏型大断面巷道支护方案设计
• 5.1 二部机头硐室支护基本原则和技术方法
• 5.1.1 支护的基本原则
• 5.1.2 支护技术方法的选择
• 5.2 二部机头硐室修复控制设计方案
• 5.2.1 锚杆支护参数的确定
• 5.2.2 锚索支护参数的确定
• 5.2.3 其它辅助支护设计
• 5.2.4 优化后巷道布置
• 5.2.5 马蹄形可伸缩金属支架设计
• 5.3 支护方案的优化与改进
• 6 巷道围岩变形监测与数据分析
• 6.1 观测内容及方法
• 6.2 巷道围岩变形监测与数据分析
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 研究结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集