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深井工程软岩巷道连续“双壳”治理底鼓机理研究

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深井工程软岩巷道连续“双壳”治理底鼓机理研究

作者：高斌河北工程大学

学位级别：硕士

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。... 详细信息

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。

关键词：深井巷道工程软岩底鼓连续双壳浅深壳体

深部高应力工程软岩巷道连续“双壳”围岩控制机理研究

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深部高应力工程软岩巷道连续“双壳”围岩控制机理研究

作者：王仲永河北工程大学

学位级别：硕士

我国浅部煤炭资源逐渐枯竭,煤炭资源进入深部开采已成为客观必然规律,深部煤炭开采已成为国内外采矿界研究的焦点问题之一。随着开采深度和强度的不断增加,深部巷道围岩表现出与浅部围岩截然不同的力学响应机制。围岩在“三高一扰动”... 详细信息

我国浅部煤炭资源逐渐枯竭,煤炭资源进入深部开采已成为客观必然规律,深部煤炭开采已成为国内外采矿界研究的焦点问题之一。随着开采深度和强度的不断增加,深部巷道围岩表现出与浅部围岩截然不同的力学响应机制。围岩在“三高一扰动”复杂力学环境下,岩体变形特性发生了根本性变化,巷道围岩表现出工程软岩特性,具有明显蠕变和流变特点,围岩扩容现象严重。同时,在高应力作用下深部巷道发生动力学灾害可能性急剧增加,给深部矿井安全、高效开采带来较大威胁。解决深部煤炭资源开采的首要及关键问题在于解决深部巷道支护,大量工程实践和理论研究均已表明,传统浅部巷道支护理论和技术已经不能适应深部巷道支护的要求。本文基于连续“双壳”支护理论,分析了深部高应力工程软岩巷道变形破坏规律,构建了连续“双壳”支护物理模型,具体结论如下:(1)虽然部分深部巷道围岩自身强度较高,但在高应力的作用下表现出软岩的性质,浅部巷道传统的支护理论与支护方式已经不能满足深部高应力工程软岩巷道的支护需求,亟需针对深部高应力工程软岩巷道支护问题的研究工作,实现深部高应力工程软岩巷道的支护。(2)分析了影响深部高应力工程软岩的因素,认为复杂应力场、围岩性质、地下水作用、支护设计为影响深部高应力工程软岩巷道的主要因素。(3)通过对深部高应力巷道在未支护情况下数值模拟分析发现,不论巷道处于高水平应力作用还是高垂直应力作用,巷道围岩均表现出大变形、强流变、自稳所需时间较长等特征。另外,在高水平应力作用下,巷道两帮的移近量明显小于顶底板收敛量,尤其是巷道底鼓量明显大约巷道顶板、两帮的变形量,表明在进行深部高应力工程软岩巷道支护时,应增强对巷道底板支护,更好的保证深部巷道的稳定性。(4)理论分析了锚杆(锚索)轴向、横向支护作用,巷道围岩注浆加固机理。根据巷道围岩不同的力学状态,分别采用了C-M屈服准则、D-P屈服准则,得出了连续“双壳”支护下,巷道围岩破裂区、塑性区、弹性区应力变化规律,破裂区、塑性区半径,破裂区、塑性区围岩位移,构建了连续“双壳”支护模型。(5)设计了连续“双壳”支护相似材料实验,通过对比巷道底板采用连续“双壳”支护和普通支护方式,得出了连续“双壳”支护能够较好的控制巷道围岩稳定,其不仅能降低巷道底鼓量,还能够与巷道顶板和两帮支护体起到协同支护作用,降低巷道顶板和两帮的位移量。(6)设计了不同埋深下连续“双壳”支护不同壳体参数相似材料实验和数值模拟实验,得出了在不同深浅壳体总厚度相同浅部壳体厚度、不同浅部壳体厚度相同深浅壳体总厚度下巷道围岩变形规律,得出在采用连续“双壳”支护时,应首先确定出连续“双壳”支护总厚度,然后再选择出合理的浅部壳体厚度,从而更好的提升连续“双壳”支护的合理性。

关键词：深部巷道工程软岩连续“双壳” 围岩控制壳体厚度

工程软岩巷道变形机理分析和支护修复方案设计

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煤炭与化工 2015年第9期38卷 79-81页

作者：马富君伊田煤业公司山西临汾041200

随着煤矿开采深度的增加和煤层开采条件的复杂化,煤矿生产过程中工程地质软岩也出现的越来越频繁,严重威胁着煤矿的安全生产。针对这一问题,以伊田煤矿11号煤巷为例,分析该矿地质结构,针对其特殊段巷道,给出了巷道支护修复方案,并对该... 详细信息

随着煤矿开采深度的增加和煤层开采条件的复杂化,煤矿生产过程中工程地质软岩也出现的越来越频繁,严重威胁着煤矿的安全生产。针对这一问题,以伊田煤矿11号煤巷为例,分析该矿地质结构,针对其特殊段巷道,给出了巷道支护修复方案,并对该修复方案进行了分析和说明。实践表明,修复后的支护方案表现出了良好的支护特性,为其他类似工程条件的巷道支护提供了参考经验。

关键词：巷道支护工程软岩修复方案 U29型钢

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深部工程软岩巷道变形破坏机理及控制技术

中国新技术新产品 2018年第9期 106-107页

作者：徐广荣李更川云飞矿业有限责任公司内蒙古鄂尔多斯010308

本文为研究深部工程软岩巷道大变形问题,采用现场实测、相似模拟等方法,以陶二煤矿北大巷为例,研究了巷道围岩变形破坏机理,提出了巷道围岩控制对策。结果表明:巷道大变形的主要影响因素包括埋深大、应力高、黏土含量高、支护不及时;高... 详细信息

本文为研究深部工程软岩巷道大变形问题,采用现场实测、相似模拟等方法,以陶二煤矿北大巷为例,研究了巷道围岩变形破坏机理,提出了巷道围岩控制对策。结果表明:巷道大变形的主要影响因素包括埋深大、应力高、黏土含量高、支护不及时;高强度、高预紧力、主动控制是解决软岩大变形的有效途径。现场试验结果证明了支护方案的合理性。

关键词：深部巷道工程软岩影响因素变形规律

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软岩硐室群蠕变模型选择与长期稳定性研究

金属矿山 2024年第6期 53-60页

作者：孔备韩立军董一辉郎永忠宋楷晨中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 安徽马钢矿业资源集团姑山矿业有限公司安徽马鞍山243181

硐室服务年限较长,围岩会随着时间的积累而产生蠕变,造成支护变弱甚至失效,从而影响矿山安全。为研究工程软岩硐室围岩的蠕变特性,以钟九铁矿井底硐室群为研究对象,首先采用ROCK1000-50VHT型岩石高温三轴流变试验系统进行5、10、15 MPa... 详细信息

硐室服务年限较长,围岩会随着时间的积累而产生蠕变,造成支护变弱甚至失效,从而影响矿山安全。为研究工程软岩硐室围岩的蠕变特性,以钟九铁矿井底硐室群为研究对象,首先采用ROCK1000-50VHT型岩石高温三轴流变试验系统进行5、10、15 MPa围压下的三轴蠕变试验,分析其蠕变和破坏特征。试验结果显示:闪长岩蠕变破坏在低围压下主要为剪切破坏,当围压逐渐增大时,会转变为劈裂破坏;在三轴应力条件下,闪长岩的蠕变会出现压密、弹性、裂隙扩展和破坏4个阶段;当加载应力较低时,闪长岩在瞬时应变后会出现等速蠕变,随后轴向应变逐渐趋于稳定;但当加载应力较高时,岩体进入到等速蠕变阶段的时间变长,轴向应变不断增大。根据其蠕变特征选取Burgers模型建立本构方程,经拟合后与蠕变试验曲线基本吻合,表明本构模型能够反映闪长岩蠕变力学特性。最后采用Burgers蠕变本构模型,基于FLAC3D对硐室支护模型进行数值模拟。结果表明,现有支护方案可以保持硐室群的长期稳定性。研究对软岩硐室群支护时效性分析具有借鉴意义。

关键词：硐室群工程软岩蠕变特征三轴蠕变试验 Burgers 模型

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西部建设中的软岩工程问题

四川水力发电 2005年第3期24卷 27-30页

作者：郑永福曾纪全中铁隧道集团二处有限公司河北三河065201 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院四川成都610072

软岩是一种特定环境下的、具有显著塑性变形的复杂岩石力学介质,给地下工程建设带来若干岩石力学问题,尤其是大中型水电工程建设中的高应力软岩尤甚。在西部、特别是西南地区大中型水电站中,地下洞室遇到的高应力软岩则是最为突出的问... 详细信息

软岩是一种特定环境下的、具有显著塑性变形的复杂岩石力学介质,给地下工程建设带来若干岩石力学问题,尤其是大中型水电工程建设中的高应力软岩尤甚。在西部、特别是西南地区大中型水电站中,地下洞室遇到的高应力软岩则是最为突出的问题之一,它的存在使本身完整坚硬的岩石呈现出工程软岩的特性。重点介绍了二滩水电站地下厂房开挖建设中出现的高应力软岩问题、处理措施、效果及建议,同时提出了溪洛渡、锦屏一级水电站地下洞室开挖中可能出现的软岩工程问题。

关键词：岩石力学软岩工程软岩高应力软岩岩爆水电站地下洞室

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软岩工程地质力学研究进展

四川水泥 2019年第9期 257-258页

作者：张红义四川绵九高速公路有限责任公司

为了能够更好地认知和掌握我国软岩的相关概念及力学原理,并有效的对软岩工程地质力学来进行更好的探究,本文主要对软岩的概念及类型、软岩的变形力学机制、软岩的隧道支护相关内容等进行深入的讨论和研究,旨在更好的研究和把握软岩隧... 详细信息

为了能够更好地认知和掌握我国软岩的相关概念及力学原理,并有效的对软岩工程地质力学来进行更好的探究,本文主要对软岩的概念及类型、软岩的变形力学机制、软岩的隧道支护相关内容等进行深入的讨论和研究,旨在更好的研究和把握软岩隧道的支护问题,运用更加有效的技术方法来解决软岩隧道的支护问题。

关键词：工程软岩地质力学隧道支护变形力学

深井软岩巷道连续“双壳”治理底鼓机理与技术

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采矿与安全工程学报 2014年第4期31卷 587-592页

作者：杨本生高斌孙利辉杨万斌河北工程大学资源学院河北省资源勘测研究重点实验室河北省煤炭矿井建设工程技术研究中心河北邯郸056038 河北工程大学土木工程学院河北邯郸056038

底鼓治理是巷道支护的难题之一,亦是巷道支护的重点和关键。根据新景矿中条带轨道巷现场调查和监测,分析了深井工程软岩巷道底鼓影响因素和机理分析。分析认为底鼓主要是巷道底板处于无支护状态下首先发生剪切破坏,而后由于水理作用导... 详细信息

底鼓治理是巷道支护的难题之一,亦是巷道支护的重点和关键。根据新景矿中条带轨道巷现场调查和监测,分析了深井工程软岩巷道底鼓影响因素和机理分析。分析认为底鼓主要是巷道底板处于无支护状态下首先发生剪切破坏,而后由于水理作用导致岩层进一步破碎和挤压流动。应用连续"双壳"支护理论,分析了连续"双壳"治理底鼓机理,构建了"底板浅孔注浆(浅部壳体)+深部锚索束高压注浆(深部壳体)"的连续"双壳"治理底鼓技术,取得良好效果。

关键词：深井巷道工程软岩底鼓治理连续“双壳” 支护机理

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东庞煤矿软岩硐室加固技术研究

煤炭工程 2010年第10期42卷 23-25页

作者：韩关桥中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 冀中能源股份有限公司矿山安全部河北邢台054200

分析了东庞煤矿"工程软岩"硐室-300m水平水泵房破坏现状及破坏原因,经过加固方案比较,决定采用锚注加固技术,对该技术作用机理进行了分析,介绍了锚注加固技术应用施工参数及使用材料,加固工程结束后,通过设置测点对水泵房加固效果进行... 详细信息

分析了东庞煤矿"工程软岩"硐室-300m水平水泵房破坏现状及破坏原因,经过加固方案比较,决定采用锚注加固技术,对该技术作用机理进行了分析,介绍了锚注加固技术应用施工参数及使用材料,加固工程结束后,通过设置测点对水泵房加固效果进行了测试,测试结果证明了锚注加固技术应用于软岩硐室的良好效果。

关键词：工程软岩破坏机理锚注加固注浆锚杆