千米深井大硐室围岩动态响应及控制关键技术研究

论文摘要

随着人类对矿产需求量不断的增加,开采的规模也不断在扩大。浅部易采的矿产资源日趋枯竭,地下矿山向深部开采是必然趋势。从20世纪80年代起,煤矿的开采深度已经达到1300m。随着深度的增加,遇到的难题也逐渐出现。深部高应力软岩巷道普遍出现,使得井筒设计与施工,巷道马头门以及装载硐室的施工安全性有待解决。特别是千米以下深井巷道、硐室在围岩动态响应下的规律及控制关键技术的研究尤为重要。把大硐室作动态系统,研究每个阶段的大硐室分层开挖围岩的动态影响,掌握其围岩响应规律,研究分层开挖、施工顺序、围岩稳定和围岩释放时间之间的关系,研究大硐室破坏机理和分层开挖围岩动态响应规律,提出每阶段优化支护方案,确保煤矿生产安全,有着十分重要的意义。论文在综述了当前千米深井的国内外研究的背景下,阐释了对于巷道、大硐室施工支护的特点,研究了动态围岩下对于大硐室分层开挖的技术。论文在结合谢桥矿箕斗井装载硐室施工的情况下,进行了围岩测量和围岩动态规律的研究,运用FLAC3D数值模型数值分析,预测支护效果和分层开挖围岩变化情况,对原有巷道支护形式进行了优化设计,提出了可行的硐室施工方法。论文研究的成果在谢桥矿千米深井硐室开挖支护中成功运用。使得及时支护和动态围岩同步,有效的控制了围岩应力对施工开挖的不良影响,同时通过现场监测数据结果表明,掌握动态围岩规律,进行分层开挖,并及时选择合理支护方法,对千米深井巷道、硐室的施工提供了很好的范例。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 课题的确定
• 1.4 论文的研究内容和路线创新点
• 1.4.1 论文研究的内容
• 1.4.2 论文研究主要创新点
• 1.4.3 研究路线及方法
• 2 大硐室动态围岩变形与破坏机理
• 2.1 硐室动态围岩应力变化特征
• 2.2 围岩变形与破坏
• 2.2.1 围岩松动圈
• 2.2.2 硐室顶板的变形与破坏
• 2.2.3 硐室侧帮的变形与破坏
• 2.2.4 硐室底板的变形和破坏
• 2.3 动压巷道的围岩变形破坏机理分析
• 2.3.1 巷道大硐室围岩应力分析
• 2.3.2 巷道大硐室围岩支护机理
• 2.4 本章小结
• 3 硐室围岩稳定性判断与支护技术
• 3.1 硐室围岩稳定性影响因素
• 3.2 结构类型与参数
• 3.3 围岩稳定性判断准则
• 3.3.1 强度准则
• 3.4 围岩稳定性判别方法
• 3.5 巷道围岩支护方法
• 3.5.1 深井软岩巷道支护原则
• 3.5.2 锚杆支护
• 3.5.3 锚索支护
• 3.5.4 注浆加固
• 3.5.5 网壳锚喷
• 3.5.6 联合支护
• 3.6 本章小结
• 4 硐室开挖技术
• 4.1 巷道硐室施工方法
• 4.1.1 全断面施工法
• 4.1.2 导硐施工法
• 4.2 分层施工法
• 4.3 井筒硐室施工方法
• 4.3.1 马头门的施工方法
• 4.3.2 马头门与井筒顺序施工
• 4.4 箕斗装载硐室施工
• 4.5 本章小结
• 5 谢桥矿软弱围岩巷道数值模拟
• 5.1 三维快速拉格朗日算法概述
• 5.1.1 三维快速拉格朗日数学模型分析
• 3D的计算操作过程'>5.2 FLAC^3D的计算操作过程
• 5.3 工程概况
• 5.3.1 岩石物理性能试验参数
• 5.3.2 采样的基本要求
• 5.3.3 试件加工与测试
• 5.3.4 岩石物理力学性能测试结果
• 5.4 计算模型
• 5.5 本章小结
• 6 工程应用与效果评价
• 6.1 工程概况
• 6.2. 优化支护设计
• 6.2.1 网架制作要求
• 6.3 施工工艺
• 6.4 现场监测
• 6.5 监测内容
• 6.5.1 围岩松动圈测试
• 6.5.2 围岩收敛测量
• 6.5.3 衬砌结构钢筋应力和混凝土应变监测
• 6.6 测试结果及分析
• 6.7 效果评价
• 6.8 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 存在问题与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果