大南湖矿弱胶结富水顶板巷道围岩控制技术研究

作     者：李思超 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：柏建彪

授予年度：2016年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：弱胶结岩层 富水顶板 强度弱化 锚固结构 分段控制技术 

摘      要：哈密大南湖矿具有西部矿区的典型特征,巷道顶底板多为弱胶结岩层,围岩胶结性差、强度较低,在顶板含水层的影响下围岩强度进一步弱化,导致巷道支护困难,影响矿井安全高效开采。因此,本文结合大南湖矿生产实际,综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟以及现场实测等方法,开展弱胶结富水顶板巷道围岩控制技术研究,取得如下研究成果:(1)通过现场观测和实验室试验得到了富水顶板含水层层位特征和水作用下弱胶结岩体物理力学性质变化规律。弱胶结岩体含有大量吸水性、膨胀性粘土矿物,内部存在众多的孔洞、裂隙,在水作用下易泥化、崩解、风化,导致岩体强度弱化,单轴抗压强度、内聚力、内摩擦角等参数随岩体含水量的增加逐渐衰减,建立了岩体力学参数与含水量间的函数关系。(2)研究得到了水作用下巷道围岩稳定性变化规律,确定了顶板含水层是引起弱胶结富水顶板巷道变形破坏的关键因素。顶板岩层含水量的增加导致巷道变形加剧,塑性区向围岩深部扩展,浅部围岩承载能力降低,两帮应力集中区范围扩大。(3)分析了围岩不同含水状态下支护应力场分布特征、围岩有效压应力作用范围和锚杆轴力变化规律,揭示了顶板水对锚固结构可靠性的弱化作用。围岩含水量的增加不利于预紧力的扩散,导致锚杆支护在围岩中产生的压应力作用范围减小、作用强度降低,影响锚固结构的整体性能,弱化锚杆支护强度;通过现场实测得到了水作用下锚杆(索)锚固性能随时间的衰减规律。(4)根据巷道顶板含水层特征对巷道进行分类,针对巷道的不同特征确定了相应的支护形式和支护参数,并采用必要的疏水与堵水措施减少水对顶板岩层的弱化,形成了弱胶结富水顶板巷道围岩分段控制技术。研究成果在大南湖矿111801运输顺槽成功应用,取得了良好的技术经济效果。