朱仙庄煤矿松软破碎围岩巷道底鼓机理及控制技术研究

论文摘要

随着采深增加和巷道断面增大,巷道底鼓现象越来越突出,已成为松软破碎围岩巷道矿压显现的重要特征,是急待解决的技术难题。论文在总结分析前人研究成果的基础上,运用实验室实验、理论分析、相似材料模拟、数值模拟、工业性试验等方法,以朱仙庄煤矿Ⅱ5回风上山为工程背景,深入研究了松软破碎围岩巷道底鼓机理及其控制技术。通过X射线衍射实验对该矿典型岩样进行定性与组分定量测试分析,利用透射电镜实验对岩样微结构进行了观测分析;分析研究了影响Ⅱ5回风上山巷道底鼓的主要因素,包括底板围岩性态、应力状况、水理作用、支护阻力和巷道断面形状;建立了巷道底板的受力状态力学模型,应用弹性力学中的变分法推导了巷道底板在水平应力和垂直应力作用下的位移;分析了松软破碎围岩巷道挤压流动性底鼓的流变特点;通过相似材料模拟实验研究了巷道围岩变形破坏的范围;以数值模拟为主要手段,使用FLAC软件中viscous蠕变模型和摩尔库伦模型分别对圆形、矩形、半圆拱形、近似椭圆形巷道进行计算分析,并对比不同形状断面巷道支护效果;根据巷道围岩分阶段过程控制思想,通过强化支护技术手段,对该巷道进行支护设计。工业性试验结果表明,巷道支护状况良好,围岩保持了长期稳定。论文研究成果对控制松软破碎围岩巷道底鼓具有一定的参考价值。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究现状概述
• 1.2.1 底鼓机理研究现状
• 1.2.2 底鼓控制技术研究现状
• 1.3 研究方法、研究内容
• 2 朱仙庄煤矿Ⅱ5 回风上山巷道底鼓机理分析
• 2.1 朱仙庄煤矿岩样组分与微结构分析实验
• 2.1.1 Ｘ射线衍射实验
• 2.1.2 透射电镜实验
• 2.2 Ⅱ5 回风上山巷道底鼓影响因素分析
• 2.2.1 围岩性态
• 2.2.2 岩层应力
• 2.2.3 水理作用
• 2.2.4 支护强度
• 2.2.5 巷道形状
• 2.3 Ⅱ5 回风上山巷道底鼓机理分析
• 2.3.1 巷道底鼓机理分类
• 2.3.2 挤压流动性底鼓的力学分析
• 2.3.3 松软破碎底板剪切蠕变分析
• 2.3.4 巷道底鼓的力学模型
• 2.4 小结
• 3 巷道底板破坏范围的相似材料模拟实验
• 3.1 相似定理和相似条件
• 3.1.1 相似定理
• 3.1.2 相似条件
• 3.2 相似模拟实验
• 3.2.1 相似常数
• 3.2.2 模型的基本参数
• 3.2.3 模拟结果
• 3.3 小结
• 4 巷道底鼓蠕变的数值模拟分析
• 4.1 FLAC 中蠕变模型
• 4.1.1 蠕变模型
• 4.1.2 经典粘弹型蠕变模型
• 4.1.3 蠕变分析的时间步长
• 4.1.4 蠕变时间步的自动调整
• 4.2 模型建立
• 4.3 不同断面形状巷道底鼓的模拟分析
• 4.3.1 直墙半圆拱巷道
• 4.3.2 直墙半圆拱开挖底拱巷道
• 4.3.3 圆形巷道
• 4.3.4 矩形巷道
• 4.3.5 直墙半圆拱形与矩形巷道无底锚蠕变数值模拟
• 4.3.6 关于时间因素的分析
• 4.4 小结
• 5 工业性试验
• 5.1 朱仙庄煤矿Ⅱ5回风上山工程概述
• 5.2 支护技术路线
• 5.2.1 分阶段过程控制技术
• 5.2.2 喷锚注分阶段支护技术
• 5.2.3 强化支护技术体系
• 5.2.4 关键技术手段
• 5.3 支护技术方案
• 5.3.1 支护参数设计方案一
• 5.3.2 支护参数设计方案二
• 5.4 矿压观测及支护效果
• 5.5 小结
• 6 主要结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集