深井软岩硐室底臌机理及控制技术研究

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底臌问题一直以来都是国内外煤炭领域的一个重要的技术难题。虽然很多专家在这一领域进行了较为深入的研究,但是许多位置较深的高应力软岩巷道的底臌变形控制依然困难重重。论文以淮南矿业集团潘一东矿井-848m充电整流硐室巷道为工程研究对象,通过现场调研、室内实验、现场试验等研究方法,掌握了原支护条件下巷道围岩塑性区范围和巷道周边应力分布状况以及其他工程地质概况。  通过总结分析深井高应力软岩巷道底臌的因素及产生机理,研究了底臌治理手段,提出了控顶底、治两帮的治理思想。依据现代力学原理对底臌的控制机理做了相关讨论,从应力削弱原理和承载拱加固原理两个方面分析了顶底板锚索和底板注浆在抑制底臌方面所起的力学作用机制:①应力削弱原理是通过顶底板锚索分别从松动圈承载拱的内侧给两拱以向外的力的作用,它较大程度的降低了两拱两侧横截面上的轴力,进而大幅降低了左右两边拱的破坏应力和径向的应变,对减小围岩与支护之间的压力具有重要作用从而有效抑制底臌的程度;②承载拱加固原理是在松动圈内实施注浆加固,首先可以使得整个松动圈形成一个完整的封闭结构,从而大幅提高压力拱的承载力,其次也使得拱下部的承载力增强,从而提高对下部作用力的抵抗力;最后还可排挤掉底板松动圈中的积水,消除底板岩石浸水软化现象。  通过大型非线性有限元软件ABAQUS建立的三维数值模型,对底板锚索加固前和加固后的巷道的变形和受力情况进行了对比分析。模拟结果表明底板锚索可以大幅的减小底板的变形和改善底板的受力状态。针对潘一东矿井-848m充电整流硐室巷道的底臌破坏情况,提出了“锚网索+套棚+底板锚索+注浆”复合锚索网喷注综合支护方式,详细阐述了支护方案实施过程、顺序和方法。解决了底板锚索锚固与底板岩体注浆加固一体化的施工难题。最后对底板加固前和底板加固后的巷道进行了变形监测,现场监测数据表明底板锚索注浆加固底板可以很好的控制底臌。
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