大断面交叉（岔）巷道围岩稳定性研究

论文摘要

煤矿井下存在有大量的交叉（岔）巷道,交叉巷道在巷道交叉点位置处具有:巷道顶板和两帮裸露面积大,交叉点处应力集中程度较高,围岩变形破坏严重,支护困难等特点。本文结合唐安煤矿井下交叉巷道的实际情况,以交叉巷道围岩稳定性作为研究课题,通过理论分析和数值模拟,对交叉巷道围岩受力和破坏特征以及影响交叉巷道围岩稳定性的主要因素进行了系统的分析和研究,并在此基础上对唐安煤矿井下3#煤层中皮带运输大巷与3405工作面进风顺槽位置处的大断面交叉巷道进行了锚杆支护设计,并通过数值模拟验证了其支护效果。研究结果对今后煤矿井下交叉巷道围岩支护有着重要的理论意义和一定的参考价值。主要研究结果如下:1、交叉巷道开挖后应力重新分布,三角区内出现明显的垂直应力集中区,其中三角区端部位置处应力集中程度最高;三角区内围岩的破坏呈弧形或近似弧形,从断裂力学的角度分析了交叉巷道顶板的破坏机理;得到交叉巷道围岩重点支护区域为:巷道交叉三角区、交叉点顶板以及交叉点影响范围内的所有巷道巷道围岩;通过分析提出以交叉巷道围岩表面变形量显著增大的范围作为交叉巷道围岩需要加强支护的范围;得到影响交叉巷道围岩稳定性的主要因素是:地应力大小、围岩强度、交叉角度、巷道断面尺寸以及巷道交叉形式和巷道围岩支护方式。2、通过数值模拟实验,具体分析了不同影响因素对交叉（岔）巷道其巷道围岩稳定性的影响规律,得出结论:各种类型的交叉巷道中,十字形交叉巷道围岩稳定性最差,除随着围岩强度增高,稳定性提高外,其他各因素增大时,稳定性都呈下降趋势;在锚固支护方面,锚杆+锚索的支护的支护方式明显优于单一的锚杆支护,锚索能对巷道交叉点位置处的顶板起到充分的悬吊作用,三角区内的补强锚索能增加三角区围岩的整体强度,控制三角区内围岩的塑性变形,并使得三角区内两帮围岩承载能力提高,对上方顶板形成有限支承,减小三角区内围岩的最大破坏深度和顶板的有效跨度。3、根据上述研究结果,并结合唐安煤矿井下3405工作面的地质力学条件,提出了此处交叉巷道相应的锚固方案,并通过数值模拟的方法验证了锚固方案的锚固效果,得出结论:对于交叉巷道而言,合理的锚固方式可以有效的改善巷道交叉点处的围岩应力状态,减少巷道交叉点的塑性破坏和大面积裸露顶板的下沉量,增大三角区围岩的承载能力,验证支护效果的同时也进一步说明了煤矿巷道锚杆支护的优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 巷道围岩稳定性研究现状
• 1.2.1 围岩稳定性研究现状
• 1.2.2 巷道围岩锚固支护研究现状
• 1.2.3 交叉巷道围岩稳定性研究现状
• 1.3 现存的主要问题
• 1.4 本文主要研究内容、方法及意义
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 拟采用的研究方法
• 1.4.3 本课题研究意义
• 第二章 交叉巷道围岩受力与破坏特征理论分析
• 2.1 交叉巷道三角区围岩受力特征分析
• 2.2 交叉巷道围岩破坏特征分析
• 2.2.1 三角区内围岩破坏特征
• 2.2.2 交叉巷道顶板破坏分析
• 2.3 交叉巷道围岩加强支护范围的确定
• 2.4 本章小结
• 第三章 影响交叉巷道围岩稳定性因素及合理支护方式研究
• 3.1 交叉巷道稳定性主要影响因素及其分析
• 3.1.1 数值计算方法
• 3.1.2 数值计算模型的选定
• 3.1.3 巷道交叉形式对其围岩稳定性的影响分析
• 3.1.4 地应力变化对交叉巷道围岩稳定性的影响分析
• 3.1.5 围岩强度对交叉巷道围岩稳定性的影响分析
• 3.1.6 交叉角度对交叉巷道围岩稳定性的影响分析
• 3.1.7 巷道断面尺寸对交叉巷道围岩稳定性的影响分析
• 3.2 锚固方式对交叉巷道围岩稳定性的影响分析
• 3.2.1 交叉巷道围岩锚固方式
• 3.2.2 结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 大断面交叉巷道锚固设计与锚固效果研究
• 4.1 巷道围岩锚固设计方法
• 4.1.1 工程类比法
• 4.1.2 理论计算法
• 4.1.3 以地质力学条件为基础的数值计算设计方法
• 4.2 工程概况及其锚固方式与锚固参数的确定
• 4.2.1 基本锚固方式的确定
• 4.2.2 具体锚杆（索）支护设计
• 4.2.3 锚固材料的选择
• 4.2.4 锚杆（索）预紧力的确定
• 4.3 锚固支护效果分析
• 4.3.1 围岩塑性屈服破坏
• 4.3.2 围岩应力分布
• 4.3.3 围岩位移变化
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文