深部破碎软弱巷道围岩破坏机理及强化控制技术研究

论文摘要

煤炭是我国的主要能源,随着浅部资源的减少和匮乏,我国煤炭开采逐渐转向深部。随着矿井向深部的延伸,应力环境的恶化,很多在浅部没有暴露的问题在深部越发明显。很多构造破碎带由于围岩本身强度低,在高应力的作用下,具有非线性大变形和显著的流变变形特征,使得该类巷道的维护极为困难,严重地影响着矿井支护的安全状况。开展破碎软弱条件下巷道围岩变形机理、变形规律及控制手段研究,对煤矿巷道围岩控制具有普遍的理论价值和重大的实践意义。为解决深部破碎软弱条件下巷道围岩的控制难题,本论文以典型试验、理论分析、数值模拟和现场工程实验为主要研究手段,研究了该类巷道的变形破坏机理,找出巷道围岩控制与强化对策,形成了强化控制技术。依据巷道围岩变形破坏的主要因素,将巷道变形破坏分为表层巷道围岩的破碎与自重垮冒、浅层巷道围岩的应力扩容和高应力条件下的长时流变,研究了巷道围岩变形破坏的机理,为针对性的工程对策提供理论基础。由于深部破碎软岩巷道变形破坏各种诱因的多变性,其变形规律特别复杂,而且各种支护手段控制机理不同,针对深部破碎软弱围岩提出动态加固过程控制理念,提出了深部破裂岩体的注浆强化、承载结构强化、新型锚杆支护结构强化和关键薄弱部位针对性强化等系统强化控制技术手段,形成了深部破碎软岩巷道围岩强化控制技术体系。针对朱仙庄煤矿特殊的破碎软岩条件,通过数值模拟研究确定了合理的围岩控制方案与参数,采用强化控制技术,在朱仙庄煤矿典型破碎软岩Ⅱ5回风上山,成功进行了工程实践,取得了显著的技术经济和社会效益。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 国内外研究现状
• 1.2 朱仙庄矿深部破碎软岩巷道支护现状
• 1.3 朱仙庄矿软岩巷道维护存在问题分析
• 1.3.1 构造应力强烈
• 1.3.2 岩体强度低
• 1.3.3 围岩性质差
• 1.4 研究内容
• 2 深部破碎软弱巷道围岩变形破坏机理研究
• 2.1 巷道围岩变形破坏的主要因素分析
• 2.1.1 软岩物理性质的影响
• 2.1.2 不同类型应力的影响
• 2.1.3 工程因素的影响
• 2.2 巷道周边围岩变形破坏机理
• 2.2.1 表层巷道围岩的破碎与自重垮冒
• 2.2.2 浅层巷道围岩的应力扩容
• 2.2.3 高应力条件下的长时流变性
• 2.3 巷道围岩体变形规律
• 3 深部破碎软岩巷道围岩强化控制体系
• 3.1 深部破碎软弱围岩控制理念
• 3.2 深部破碎软弱围岩强化控制机理
• 3.3 深部破碎软弱围岩强化控制对策
• 4 深部破碎软弱围岩强化控制关键技术手段研究
• 4.1 岩体承载性能强化的岩体内注浆技术
• 4.1.1 破裂岩体的注浆固结性能实验
• 4.1.2 注浆固结体的整体力学效应分析
• 4.1.3 注浆施工技术
• 4.2 支护结构与手段强化的新型锚杆支护
• 4.2.1 深部巷道锚杆支护的新认识
• 4.2.2 新型支护材料及结构的研制
• 4.3 U 型钢封闭拱形可伸缩支架
• 4.4 局部强化关键技术
• 5 数值模拟研究
• 5.1 数值模拟方法简介
• 5.2 数值模型参数确定
• 5.3 数值模拟结果分析
• 5.4 小结
• 6 工业性试验
• 6.1 概况
• 6.2 控制理念
• 6.2.1 分阶段加固过程控制的技术思想
• 6.2.2 顶区高性能预应力超强锚杆支护
• 6.2.3 关键部位锚索加强支护方案
• 6.3 合理支护方案与参数
• 6.3.1 常规地段支护方案及参数设计
• 6.3.2 特殊地段支护方案及参数设计
• 6.4 施工质量要求及注意事项
• 6.4.1 施工顺序
• 6.4.2 控制爆破
• 6.4.3 高预紧力锚杆的安装施工工艺要求
• 6.4.4 注浆工艺及操作要求
• 6.4.5 架棚质量要求
• 6.5 支护效果
• 6.6 经济效益分析
• 7 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集