孙家壕煤矿强风化岩层水平巷道支护研究

摘要

近年来，我国巷道支护技术日渐成熟，软岩巷道支护技术取得了很大的进步，对于复杂地形的支护还在不断探索完善的过程中，我国的软岩巷道支护技术研究主要以高应力、膨胀性软岩为主，对于破碎围岩巷道的支护，依然处于经验阶段，若仍采用普通围岩来进行相应的支护参数设计，很难对巷道进行有效控制。因此探索此类巷道围岩力学特性及其支护参数对于矿山开采有着重要的科学与工程意义。本文以内蒙古孙家壕煤矿为依托，通过理论分析、数值模拟和现场实测，针对9号煤层节理化破碎围岩巷道支护开展了研究，并得到如下主要结论：
　　（1）通过对孙家壕煤矿地质资料分析，分析了9号煤层回风大巷顶底板岩性特征，在地质强度指标基础上对煤层顶底板围岩岩体进行了GSI量化评价，并结合Hoek-Brown准则合理地估算出9号煤层围岩的力学参数，为后续计算工作提供数据支持。
　　（2）通过普氏压力拱计算公式得出上部围岩极限自稳平衡拱，并就围岩变形力学机制以及巷道跨度、高度与上覆围岩关系做了较深入的研究和分析，计算确定了锚、索网支护参数，根据实际情况提出三种支护方案。
　　（3）通过大型数值模拟软件FLAC3D进行建模，分别对提出的三种支护方案开挖后并进行支护模拟，通过分析和比较，最终得出全锚索网的支护效果最好，适当的增加锚杆的直径和预紧力对支护效果有一定的提升。
　　（4）通过对煤矿三个监测站反馈回的数据分析，巷道顶板变形量34mm，底板底鼓量28mm，两帮变形量35mm，与数值模拟结果接近，变形量不足断面尺寸的百分之一，可以满足正常生产需求。
　　本文提出的全锚索网支护方案能够对破碎围岩巷道进行有效支护，对于强风化岩层下的软岩支护以及类似地质情况矿井支护具有一定的参考价值。由于破碎围岩力学参数难以准确确定，因此数值模拟的力学参数不能与实际岩层参数完全一致。建议支护过程中加强数据监测，当局部巷道围岩的破裂范围及变形量都很大时，须采用注浆的方法加强锚固。

目录

声明

1 绪论

1.1 论文选题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 孙家壕煤矿现阶段存在主要问题

1.4 研究内容与思路、方法

2 孙家壕煤矿地质概况与工程岩体力学参数确定

2.1 井田地质特征

2.2 9号煤层围岩特征

2.3 地质强度指标GSI的量化

2.4 Hoek-Brown 岩体强度准则

2.5 岩体力学参数的确定

2.6 本章小结

3 强风化岩层巷道变形机理及支护参数的确定

3.1 风化对岩石力学性质的影响

3.2 强风化岩层巷道失稳力学机理

3.3 强风化岩层巷道围岩稳定性影响因素

3.3 围岩松动圈支护理论

3.4 巷道支护参数的确定

3.5 本章小结

4 强风化岩层巷道支护的数值模拟分析

4.1 确定数值模型参数

4.2 数值模型的建立

4.3 本章小结

5 强风化岩层巷道变形监测

5.1 监测概述

5.2 准备工作

5.3 监测内容

5.4 监测方法

5.5 矿压监测结果分析

5.6 监测结果和数值模拟结果分析比较

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

在学研究成果

致谢