深立井连接硐室围岩动态响应规律及其支护技术研究

论文摘要

本文通过数值模拟分析了马头门结构力学特性。以淮北刘店煤矿为工程背景,综合考虑影响巷道围岩变形的各种因素,采用ANSYS大型通用数值模拟软件,建立三维弹性模型,设计了三种不同开挖顺序的方案,模拟巷道断面形状和不同的掘进顺序对马头门结构围岩稳定性的影响,揭示了马头门结构围岩的动态变形破坏机理,根据受力特点得出有利于围岩稳定的开挖顺序和支护的优化方案;依据现场测定松动圈厚度的经验公式计算了马头门断面松动圈厚度,与现场实测马头门断面松动圈结果进行了对比分析,并依据经验类比法和巷道围岩松动圈支护理论设计了适合深立井连接硐室围岩变形控制的锚、网、索、喷联合支护方法,从后期应用情况和实际监测结果来看,取得了良好的效果,对今后指导深立井连接硐室的设计与施工有较高的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题依据
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 国内外的研究动态、水平、存在的问题
• 1.2 地下硐室围岩稳定性研究
• 1.3 课题研究拟采取的技术措施和方法
• 1.3.1 研究、试验方法
• 1.3.2 技术路线
• 2 大型地下硐室开挖的三维弹性分析
• 2.1 概述
• 2.2 ANSYS基本介绍
• 2.3 深立井连接硐室模型的建立
• 2.3.1 相关知识
• 2.3.2 本构关系
• 2.3.3 计算模型
• 2.3.4 岩体参数的选取
• 2.3.5 有限元模型
• 2.3.6 边界及荷载条件的确定
• 2.3.7 马头门结构开挖过程的模拟方案
• 2.3.8 地下马头门结构开挖的结果分析
• 2.4 本章小结
• 3 地下结构围岩稳定分析
• 3.1 工程概况
• 3.2 马头门部位的力学特性
• 3.3 直墙半圆形硐室的原岩应力计算
• 3.3.1 原岩应力
• 3.3.2 直墙半圆形硐室的围岩应力
• 3.4 影响围岩稳定的主要因素
• 3.4.1 围岩稳定的定性分析
• 3.4.2 影响围岩稳定的主要因素
• 3.5 巷道围岩松动圈支护理论
• 3.5.1 围岩松动圈的概念
• 3.5.2 围岩松动圈的性质
• 3.5.3 巷道支护围岩松动圈分类
• 3.6 副井马头门松动圈电法测试
• 3.6.1 电阻率测试围岩松动圈的机理
• 3.6.2 电法测试的现场布置
• 3.6.3 电法测试的数据采集及分析
• 3.6.4 围岩松动圈厚度理论计算
• 3.6.5 松动圈实测结果与理论计算结果对比分析
• 3.7 本章小结
• 4 地下工程支护结构理论
• 4.1 地下工程支护结构理论的发展与现状
• 4.2 地下工程支护结构的三种计算模式
• 4.3 锚杆支护设计
• 4.3.1 锚杆支护特点
• 4.3.2 锚固层和组合拱
• 4.3.3 锚杆支护参数的确定
• 4.4 混凝土喷层、钢筋网支护设计
• 4.4.1 喷射混凝土
• 4.4.2 钢筋网
• 4.4.3 喷射混凝土与金属网设计
• 4.5 锚索
• 4.5.1 锚索的作用原理
• 4.5.2 锚索支护设计参数
• 4.5.3 锚索支护设计
• 4.6 二次支护设计
• 4.7 副井马头门衬砌结构内力测试
• 4.7.1 监测元件布置
• 4.7.2 监测结果及其分析
• 4.8 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果