【摘 要】
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我国西部地区白垩-侏罗系地层分布广泛,其成岩时期晚、胶结差、强度低、遇水泥化、砂化,在该类岩层中的巷道开挖后,常出现围岩变形大、破坏严重,常规锚网喷支护技术难以有效维持巷道围岩稳定和安全。因此,开展弱胶结软岩深埋地层巷道支护设计与现场监测研究,对确保该类地层巷道施工与运行安全,具有重要的理论意义和应用价值。论文以东胜煤田泊江海子矿+803.5 m辅助运输石门巷道支护为工程背景,采用理论分析、数值模
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我国西部地区白垩-侏罗系地层分布广泛,其成岩时期晚、胶结差、强度低、遇水泥化、砂化,在该类岩层中的巷道开挖后,常出现围岩变形大、破坏严重,常规锚网喷支护技术难以有效维持巷道围岩稳定和安全。因此,开展弱胶结软岩深埋地层巷道支护设计与现场监测研究,对确保该类地层巷道施工与运行安全,具有重要的理论意义和应用价值。论文以东胜煤田泊江海子矿+803.5 m辅助运输石门巷道支护为工程背景,采用理论分析、数值模拟、实验室测试、现场监测相结合的研究方法,分析其水文与工程地质特征,研究弱胶结软岩巷道遇水软化,以及锚梁网喷索联合支护作用机理,提出弱胶结软岩巷道支护设计原则及其优化方案;探究优化后巷道支护结构的变形与受力特性,并通过现场监测,验证了优化后支护结构的合理性和有效性,确保了该巷道施工与运行安全。主要研究内容与成果如下:(1)泊江海子矿区白垩-侏罗系地层弱胶结地层是一种连续沉积岩,具有遇水砂化、泥化,且抗压、抗剪强度低等特点。其中侏罗系岩石结构为颗粒支撑,泥质胶结为主,其泥质主要矿物组分为高岭石和蒙脱石,颗粒与胶结物表现为填隙式结构;侏罗系中统、中下统地层的抗压强度普遍小于30MPa,多为软岩类;分析了水对岩石力学性质的物理、化学和力学影响,揭示了水岩耦合作用下岩石力学特性弱化规律。(2)对+803.5 m辅助运输石门巷道锚杆轴力、锚索轴力、混凝土应力应变进行了现场长期监测。监测结果表明,在弱胶结岩层中采用常规锚杆或锚索的端头锚固结构方式,难以适应其强度低、遇水软化的特性,导致施加至锚索上的预紧力难以达到设计要求,且锚杆(索)在受力过程中出现拉力松弛现象。(3)FLAC3D数值模拟软件软岩巷道支护优化前后进行支护支护稳定分析,分析表明,优化后的支护方案可以满足井巷围岩控制的要求,支护稳定后锚杆(索)与围岩间的张拉力虽未能达到设计要求,但没有出现优化前锚索拉力松驰现象。(4)研究提出的巷道支护设计优化原则,以及锚梁网喷索协同支护设计优化方案,有效改善了支护体系与围岩的协同作用,避免了支护结构中锚杆和锚索因锚固力不足出现的功能衰退,并得到现场监测验证。为今后类似条件巷道支护提供了有益借鉴。图[43]表[10]参[62]
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