【摘 要】
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随着矿井开采深度的增加,巷道及采场的地应力水平也越来越高,软岩巷道地压显现剧烈、巷道围岩破坏严重,深部高应力软岩巷道的支护问题越来越突出,研究深部高应力软岩巷道变形
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随着矿井开采深度的增加,巷道及采场的地应力水平也越来越高,软岩巷道地压显现剧烈、巷道围岩破坏严重,深部高应力软岩巷道的支护问题越来越突出,研究深部高应力软岩巷道变形破坏特征、围岩变形破坏机理及巷道稳定性控制技术有着重要的意义。本论文结合淄博矿业集团济北矿区唐口煤矿超千米深井复杂地层的软岩巷道、硐室的变形特点及破坏特征,根据国内外对深部问题的研究现状,针对深部高应力软岩巷道支护中出现的诸多问题,采用巷道围岩地质力学测试、理论分析、数值模拟、矿压监测及工程实践相结合的研究方案,主要研究成果体现在以下四个方面:(1)在阐述深部高应力软岩巷道的基本工程地质特征的基础上,基于Burgers流变模型对深部高应力软岩巷道进行了黏弹性理论分析,得到了深部高应力软岩巷道围岩表面位移及位移速率的表达式,并利用数学软件Matlab绘制了不同原岩应力、弹性模量和黏滞系数的巷道围岩表面位移及变形速率随时间的变化曲线;采用FLAC 3D模拟了深部高应力软岩巷道的流变特性,分析了在高应力作用下,软岩巷道围岩的顶板、底板和两帮的变形规律。(2)采用弹塑性力学、流变力学基本理论分析了深部高应力软岩巷道在高地应力作用下的变形破坏机理;运用渗流力学、热力学基本理论分析了深部高应力软岩巷道在高孔隙水压力、高温作用下的变形破坏机理;采用FLAC 3D对深部高应力软岩巷道的变形破坏机理进行了数值模拟研究,分析了巷道轴向与最大水平应力呈不同夹角时对深部软岩巷道围岩稳定性的影响。(3)采用FLAC 3D模拟揭示了深部高应力软岩巷道开挖过程中围岩的力学特征;基于对深部高应力软岩巷道变形破坏特征与破坏机理研究及巷道围岩的力学特征分析,完善了深部高应力软岩巷道控制方法;基于FLAC 3D模拟分析了锚注加固机理,运用弹塑性理论研究了锚注加固结构弹塑性区的发展规律,提出了锚注加固结构的极限承载能力。(4)针对唐口煤矿深部高应力软岩巷道支护存在的问题,提出了以内注浆锚杆为核心的锚注联合支护体系。矿压监测表明,锚注联合支护技术有效地控制了深部高应力软岩巷道围岩的大变形和流变特性,维护和保持了巷道的长期稳定,取得了良好的技术经济效果。
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