高应力软岩回采巷道锚杆（索）耦合支护技术研究

论文摘要

随着矿井开采规模的加强和开采向纵深方向发展,地应力越来越高,巷道围岩越来越多的呈现出软岩特性,软岩巷道的支护与维护问题变得更为突出。近年来,随着煤巷锚杆支护技术日趋成熟,锚固支护得到普遍推广和应用。但是,对于锚固技术在高应力软岩巷道中的应用有其自身的特点。在工程运用中,依然存在围岩变形过大、锚杆锚索破断、甚至工程事故等现象。能否解决好软岩巷道的支护问题,是煤炭开采向纵深发展和安全生产的关键。本论文运用理论分析、现场监测、实验室试验和工程实践相结合的方法,对高应力软岩巷道锚网索耦合支护技术进行了系统研究。论文在研究高应力软岩巷道变形破坏、锚网索耦合支护理论的基础上,首先通过运用Flac3D数值模拟软件模拟耦合支护,验证了耦合支护能够很好地解决软岩巷道的支护问题;然后,以神华宁煤集团石炭井二矿为工程背景,通过以下三点实现了支护结构和围岩耦合支护:①通过对巷道断面收敛监测数据分析,确定锚索最佳支护时间,实现了锚索和围岩时间上强度的耦合支护。②通过实验室试验,结合刚度耦合理论分析,找到了能够实现支护结构和围岩空间上刚度耦合的耦合试件,并在现场中进行应用,取得了良好的支护效果。③关于锚杆和围岩的刚度耦合,关键问题在于确定锚杆允许的变形量。论文通过对巷道顶板离层的监测数据分析,找出了锚杆耦合时的变形量,确定出了锚杆的耦合试件,应用于现场,取得了良好的支护效果。本论文以软岩的耦合支护理论为基础,通过现场监测、实验室试验及现场应用,为高应力软岩巷道围岩支护探索了新的途径,特别是耦合试件必将在高应力软岩巷道支护中起着重要的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 煤巷锚固支护技术研究现状
• 1.2.1 锚杆支护理论
• 1.2.2 锚索支护理论
• 1.2.3 锚网索耦合支护
• 1.3 论文研究内容
• 2 软弱围岩破坏规律及巷道稳定性
• 2.1 软岩的概念
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 工程软岩的概念
• 2.2 软岩巷道失稳力学机理
• 2.2.1 松动压力作用
• 2.2.2 形变压力作用
• 2.2.3 膨胀压力作用
• 2.3 软岩巷道变形的影响因素
• 2.3.1 岩性的影响
• 2.3.2 岩体结构及裂隙分布影响
• 2.3.3 特殊工程地质条件影响
• 2.3.4 地应力的影响
• 2.3.5 岩体力学性质影响
• 2.3.6 工程因素影响
• 2.3.7 水文地质因素影响
• 2.3.8 流变因素影响
• 2.4 煤岩巷道工程变形力学机制
• 2.5 煤岩巷道工程支护原则
• 2.5.1 工程设计优化原则
• 2.5.2 工程问题具体分析原则
• 2.5.3 工程支护过程原则
• 2.5.4 工程支护加固范围原则
• 2.6 煤矿巷道的稳定性的特点
• 2.7 小结
• 3 软岩巷道锚网索耦合支护理论
• 3.1 耦合支护概念
• 3.2 围岩与支护结构的相互耦合
• 3.3 最佳支护时间和支护时段
• 3.3.1 最佳支护时间和最佳支护时段的概念
• 3.3.2 最佳支护时间的物理意义
• 3.4 确定支护结构与围岩耦合的最佳支护时间
• 3.5 锚网索耦合支护的基本特征
• 3.5.1 强度耦合
• 3.5.2 刚度耦合
• 3.5.3 结构耦合
• 3.6 锚网索耦合支护原理
• 3.6.1 锚杆与围岩的耦合支护原理
• 3.6.2 锚索和围岩耦合支护原理
• 3.7 小结
• 4 数值模拟锚固支护
• 4.1 FLAC3D 模拟软件简介
• 4.2 模型建立
• 4.3 模型参数的确定
• 4.3.1 岩体参数
• 4.3.2 锚杆和锚索的参数
• 4.3.3 数值模拟的方法及步骤
• 4.4 数值模拟结果分析
• 4.5 本章小结
• 5 神华宁煤集团石炭井二矿回采巷道锚网索联合支护
• 5.1 工程概况
• 5.2 地质构造和围岩结构
• 5.3 巷道围岩岩性和强度
• 5.4 地应力
• 5.5 锚网索联合支护设计
• 5.6 动态信息在设计施工中的应用
• 5.7 小结
• 6 锚索与围岩在时间上的耦合支护
• 6.1 锚索和围岩时间上强度耦合
• 6.1.1 锚索和围岩时间耦合支护的技术关键
• 6.1.2 巷道监测
• 6.1.3 监测结构分析
• 6.1.4 确定最佳支护时段
• 6.2 关键部位锚索与围岩时间上结构耦合支护
• 6.2.1 二次耦合支护技术的原理
• 6.2.2 关键部位的概念、产生机理及分类
• 6.2.3 关键部位的特征及识别准则
• 6.3 本章小结
• 7 锚杆（索）与围岩在空间上的耦合支护
• 7.1 在工程实际中实现锚索和围岩空间上的刚度耦合
• 7.1.1 刚度耦合
• 7.1.2 关于锚索耦合试件的刚度试验
• 7.2 锚杆和围岩空间上的耦合支护
• 7.2.1 确定耦合试件允许的变形量
• 7.2.2 耦合试件应该满足的条件
• 7.3 本章小结
• 8 结论
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录