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小官庄铁矿矿体埋藏比较深,矿体上部覆岩形成的自重应力和构造应力造成巷道地压大,矿岩软破,不具有承载能力,矿体的倾角较缓,矿体总承载而积大,空区跨度比较大。矿体上下盘矿岩边界不规整,矿体内夹层叠现,且很不稳固。通过对小官庄铁矿二采区-335m水平进路和联巷围岩的锚网喷支护情况进行现场调查,发现采准巷道围岩地压大、岩体破碎以及受采动影响造成巷道围岩变形、破坏严重。并对巷道地压显现机理、锚网喷支护理论和喷射混凝土破坏进行力学分析,进而提出采用锚网支护对巷道围岩进行支护,对锚网支护作用机理进行研究,提出在高应力破裂岩体内采用锚网支护的可行性方案。结合41联巷围岩的实际情况,计算锚网支护力学参数,并应用快速拉格朗日有限元程序FLAC对锚网支护进行数值分析,验证采用高强预应力锚网支护参数的合理性;进行现场工业试验,对锚网支护可靠性进行分析,现场工业试验发现锚网支护效果明显,能够满足生产需要,并且其经济效益、社会效益显著。
(1)通过现场地压显现调查(包括锚网喷支护破坏情况、中深孔变形情况、两进路之间间柱破坏情况和巷道破坏模式)及巷道围岩变形观测,发现巷道变形量大,采用锚网喷支护巷道,围岩变形持续不停地增长,巷道变形时间效应十分明显,围岩变形随时问延长而无收敛;在锚喷支护的巷道中,巷道围岩变形监测结果表明,随时间变化,在围岩径向交替出现拉、压应变区域;采场巷道周边应力分布极不均匀,造成巷道主要破坏形式有以下三类:两帮鼓胀挤出;顶沉底鼓;全断面收缩。在支承压力区地段,松破矿岩掘支十分困难,以致于炮孔变形严重,影响锚杆安装与爆破装药。
(2)借助东北大学岩石破裂与失稳研究中心的岩石破裂过程分析系统(RFPA20),对小官庄铁矿无底柱分段崩落法的不同开挖顺序对巷道稳定性的影响,两进路之间间柱的破坏机理以及巷道破坏模式进行数值分析,同时考虑岩石的蠕变特性,研究蠕变岩体在不同开挖顺序时巷道围岩应力分布情况。随着不同水平巷道开采的进行,巷道周围的应力场也在不断地发生转移,在开始开挖地第一个水平开挖的巷道的围岩破坏比较严重,随着其他巷道的逐步开挖,开始其应力在同一个水平进行转移,但随着开挖的进行,其应力开始逐步向深部发生转移,导致两进路之间的间柱出现应力集中,进而导致巷道及其围岩发生破坏。同时通过对两进路之间的问柱破坏模式进行研究,其间柱的破坏形式主要是以剪胀破坏为主;(3)对喷射混凝土的破坏机理进行力学分析,对砂浆锚杆作用机理与树脂锚杆的作用机理进行区别,研究了锚网支护的作用机理,以及锚网支护与围岩共同作用机理,提出在高应力破裂岩体条件下,采用无喷射混凝土支护作用的可行性;同时应用快速拉格朗日有限元程序FLAC对锚网支护作用机理进行数值分析,以确定锚网支护的可行性。
(4)通过现场试验确定无喷射混凝土的实践可行性,并对锚网支护的可靠性进行分析;对采动影响下巷道的围岩进行分类,确定采用无喷射混凝士支护应用范围。