深厚表土层立井马头门围岩稳定性及控制技术研究

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马头门(井筒与井底车场巷道相连接的部分)是矿井的咽喉部位,因其空间断面大、结构复杂、受力特殊等原因,造成了马头门部位及其附近井筒的破坏现象,尤其是华东地区。该地区马头门部位和井筒破坏现象愈演愈烈,严重威胁了矿井安全生产,目前已成为制约矿井建设速度的关键因素之一。  本文以杨营煤矿副立井马头门为研究对象,在继承现有围岩控制理论及技术的基础上,利用理论分析、数值分析、现场观测的方法,对深厚表土层立井马头门围岩稳定性及控制技术进行了的研究。  通过实验室测得岩样力学参数,然后利用深部岩体强度准则和RMR岩体地质力学分类方法来估算岩体的强度,为理论分析、数值模拟等奠定了坚实的基础。  通过理论分析手段研究井壁的受力特征,以一个半定量的方式给出了深厚表土层某深度处的井壁垂直应力;分析了马头门围岩应力分布及其变形特征,得到了“马头门三角区围岩首先破坏,应力集中系数沿远离井筒的方向先是增大,增至最大值后逐渐减小”的规律。  通过数值模拟计算,获得了马头门开挖过程中的应力分布规律及其围岩变形特征:开挖过程中,马头门围岩出现大面积拉应力区,井筒沉降和径向变形幅度很大,井窝的开挖对底臌影响很大,斜巷段的顶底移近量比其它区域大;提出了井筒+底角锚杆支护+井窝的锚网索喷的支护方式,通过对该方式的数值模拟分析,验证了该支护方式在深厚表土层立井马头门支护中的有效性。  通过现场支护效果监测,获得了杨营煤矿支护结构受力变化特征和锚杆受力变化趋势,验证了井筒+底角锚杆支护+井窝的锚网索喷支护方式在杨营煤矿马头门支护中的可行性。
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