深井复杂地层高应力硐室与巷道支护技术研究

论文摘要

本文采用现场实测、理论分析、数值模拟和相似模型实验相结合的研究方法,以唐口矿深部硐室与巷道支护为研究对象,开展了全面、系统的千米深井硐室与巷道围岩变形特征及控制技术研究,得到了以下主要研究成果：（1）测试了唐口煤矿-990水平的地应力,其特点是受向斜构造的影响,地应力有所变异,呈现为水平应力突出；（2）根据锚注加固结构体具有理想弹塑性特点,运用弹塑性理论分析了锚注加固结构弹塑性区的发展规律,提出锚注加固结构的极限承载能力计算公式,其承载能力可达13.9～33.0MPa,远高于普通支护提供的0.1～0.5MPa,也高于按弹性理论确定的极限承载能力；（3）通过对唐口煤矿巷道、峒室的现场勘察、调研,根据软岩巷道的支护特点和原则,通过数值模拟与相似模型实验,研究提出了墙体平面锚索桁架支护结构,减小了围岩的变形,明显地改善了围岩的受力状态,增加了支护结构体的承载能力；（4）采用抗—让—抗结合的支护体系加固治理泵房基础,即采用强抗支护泵基础底部,采用以让为主适当支护两泵基础中部的支护体系,有效地控制了底板的变形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• Detailed Abstract
• 目录
• 1 引言
• 1.1 论文研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究历史与现状
• 1.3 目前存在的问题
• 1.4 研究内容
• 2 巷道锚注加固机理分析
• 2.1 深部巷道围岩变形的特点
• 2.1.1 工程开挖后围岩弹性变形的恢复
• 2.1.2 无支护条件下的围岩变形
• 2.1.3 有支护条件下的围岩变形
• 2.1.4 支护失稳条件下的围岩变形
• 2.2 锚注加固结构与承载机理
• 2.2.1 锚注加固结构的概念
• 2.2.2 锚注加固结构承载机理
• 2.2.3 锚注加固结构组合拱参数
• 2.3 破碎围岩巷道锚注加固结构稳定性的弹塑性分析
• 2.3.1 巷道围岩应力状态与变形分析
• 2.3.2 锚注加固巷道围岩应力状态与变形特征
• 2.4 巷道锚注加固结构极限承载能力增强
• 2.5 小结
• 3 唐口矿井工程概况
• 3.1 唐口煤井简介
• 3.2 矿井地应力测量
• 3.3 巷道变形情况
• 3.3.1 底鼓变形
• 3.3.2 两帮的收敛变形
• 3.3.3 巷道顶帮破坏
• 3.4 小结
• 4 相似材料模拟试验
• 4.1 相似模拟支护结构原型概述
• 4.2 相似模拟试验要求与模型设计
• 4.2.1 模型试验要求
• 4.2.2 模型结构与参数
• 4.3 相似条件
• 4.4 试验方案和模型设计
• 4.5 试验过程与结果分析
• 4.5.1 试验模型Ⅰ
• 4.5.2 试验模型Ⅱ
• 4.6 小结
• 5 巷道支护加固数值模拟分析
• 5.1 泵房平面锚索加固分析
• 5.1.1 工程概况
• 5.1.2 加固方案
• 5.1.3 数值分析模型
• 5.1.4 围岩开挖后的效果
• 5.1.5 不同加固方案的效果对比
• 5.1.6 上部侧面加固（无拉紧荷载）
• 5.1.7 上部侧面加固（施加拉紧荷载150KN）
• 5.1.8 围岩没注浆的情况
• 5.1.9 围岩注浆加固情况
• 5.2 有限元数值模拟技术及ANSYS软件简介
• 5.3 研究背景及模拟巷道的工程地质参数
• 5.4 数值模拟研究内容及实施过程
• 5.4.1 数值模拟研究内容
• 5.4.2 单元类型
• 5.4.3 模型的建立
• 5.4.4 计算结果与分析
• 5.5 数值模拟结论
• 6 支护方案设计
• 6.1 唐口煤矿千米埋深软岩巷道支护原则
• 6.2 支护技术方案设计
• 6.2.1 中央水泵房加固设计
• 6.2.2 辅助运输大巷加固支护设计
• 6.3 变形监测
• 6.4 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 存在的问题及今后的研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介