深部巷道“双壳”支护力学模型及机理研究

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我国生产矿井逐渐进入深部开采时代,深井工程软岩巷道变形量大、破坏严重、流变持续时间长的问题极大制约了矿业开采的进一步发展,致使生产成本增加。为解决深井巷道支护难的问题,本文搜集并叙述了国内外对深井软岩巷道支护的研究进展,介绍了一种新的支护理论。通过调查深井巷道围岩的破坏特征和原因,基于强化围岩支护体自身结构的理念,结合了工程实践中“浅部低压注浆、深部高压注浆”的二次注浆+锚杆+锚索支护的研究,提出了深井巷道“双壳”注浆加固支护理论。建立了“单壳”、“连续双壳”、“非连续双壳”三类模型,并根据岩体强度破坏准则及弹塑性力学理论,构建了“双壳”物理力学模型,理论推导了“双壳”支护体的应力分布、位移及分区半径的计算公式,并采用D-P准则考虑中间主应力和岩石脆性损伤理论本构关系对巷道围岩的弹塑性分析进行了优化,使物理模型更符合实际情况。本文主要采用数值模拟软件进行研究分析。首先模拟了裸巷在不同埋深,不同围岩强度条件下巷道围岩的应力分布特征、移动变形规律,总结了巷道各部分围岩变形失稳原因以及支护要点,为研究“双壳”支护机理奠定基础。然后通过模拟对比裸巷、“单壳”结构、连续“双壳”结构、非连续“双壳”结构的围岩应力分布及变形规律,研究深井软岩巷道“双壳”支护机理。深入分析“双壳”的支护机理:认为巷道受高压作用使应力随塑性区的扩大由浅部向深部转移,而锚杆+浅部注浆形成支护壳,改善了浅部破碎围岩结构,保证了围岩完整性;锚索+深部高压注浆形成加固壳,改善了深部围岩力学特性,缓解了深部围岩塑性蠕变,阻隔了高地应力向浅部传递,并为锚杆锚索提供着力基础;非连续双壳中部柔性层裂隙发育,其应变空间可协调浅、深部壳体协同变形,吸收岩体变形能,阻隔深部高应力传递;研究成果形成了理论和技术体系,具有理论和指导工程实践双重价值,丰富了深部巷道支护理论,促进了深部巷道支护技术的发展。
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