深井工程软岩巷道连续“双壳”治理底鼓机理研究

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我国浅部煤炭资源日趋枯竭,矿井开采深度逐年增加。深部巷道围岩由于高地应力作用,表现为工程软岩特性,变形破坏严重,其中底鼓量大是深井工程软岩巷道矿压显现的显著特点,治理非常困难,因此,底鼓治理是深井巷道围岩控制的关键。论文基于连续双壳支护理论,通过分析深井巷道围岩变形破坏机理以及底鼓机理、影响因素,揭示了连续双壳治理底鼓作用,通过理论分析、数值模拟和相似材料模拟实验,分析了深井工程软岩巷道底板变形特征以及连续双壳治理底鼓机理,具体结论如下:(1)将深井巷道围岩变形进行了区域划分,根据各部分间的作用关系分析围岩变形机理,认为巷道底鼓主要是由二区变形破坏引起,验证了连续双壳深部注浆的重要作用;(2)假设巷道围岩为均质各向同性并处于静水状态(侧压系数为1),分析计算了无支护状态下破裂区和弹性区的应力,连续双壳支护后围岩应力(将浅部壳体看作支护体计算);(3)探讨了深井巷道底鼓机理类型及影响因素,认为深井工程软岩巷道底鼓类型为受高应力作用首先发生剪切破坏,而后受破碎岩体碎胀作用发生挤压流动;底鼓影响因素主要为高应力、支护强度(忽视底板支护)、时间效应(深井工程软岩具有强流变性特征);(4)概述了深井工程软岩巷道连续双壳治理底鼓基本机理和耦合机理:浅部壳体封闭浅部松动圈范围破碎岩体,提高围岩残余强度,深部壳体处于极限平衡状态阻隔深部高应力对浅部壳体破坏,进而使底板围岩处于稳定状态;连续双壳支护强调“强化支护”和“适度让压”的耦合机理,从根本上达到支护体与围岩的强度、刚度和结构耦合;(5)数值模拟和相似材料模拟分析了:不同埋深不同侧压系数下巷道底板无支护、底板锚固支护、连续双壳支护治理底鼓的效果、围岩应力应变规律,验证了连续双壳治理底鼓的有效性和优越性;相同浅部壳体厚度不同浅深壳体总体厚度、相同浅深壳体厚度不同浅部壳体厚度的连续双壳支护条件下围岩的变形收敛情况,分析认为应根据具体埋深首先确定合理的浅深壳体的总体厚度,而后确定合理的浅部壳体支护厚度。
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