基于时效特性软岩采矿进路围岩稳定控制技术研究

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软岩进路变形破坏的时间与空间效应是矿井开采中不可忽视的现象对于具有流变特性的软岩进路,很多时候其最终的变形破坏往往不是因为围岩的强度不足,而是由岩体发生过大的蠕变变形导致的马钢(集团)所属的和睦山铁矿是一个典型的软岩采矿工程实例,其公认的极为复杂的火成岩成岩环境,围岩内赋存有大量软弱破碎带与高度发育的节理,具有高膨胀性的泥化闪长岩穿插其中采矿进路随着时间的延续与回采工作面的推进变形破坏严重,显现出明显的时间与空间效应针对采矿进路支护中存在的诸多问题,基于理论分析数值模拟等方法,从多个方面对基于时效特性软岩采矿进路的稳定性及支护问题进行了研究,在此基础上提出了支护方案,并将研究成果应用到了工程实践中,论文获得了以下主要研究成果:(1)基于现场调研,总结了和睦山铁矿软岩采矿进路的变形破坏特征与地压显现规律,分析了不同回采阶段进路围岩受力状态与收敛变形规律,并得出采矿进路围岩破坏的原因;对地下硐室稳定性分析中采用的围岩强度理论判据容许极限位移量判据和塑性区贯通法判据进行对比研究,得出了回采进路稳定性研究的判据(2)对和睦山铁矿几种典型的矿石与试样进行了岩石类型鉴别与宏细观结构特征分析,在此基础上,进行了常规三轴压缩试验,分析了试验的强度与变形破坏特征,并进一步探讨了试样弹性模量与围压的关系峰值应变以及残余强与围压的关系。(3)针对无底柱分段崩落采矿法,基于FLAC3D数值模拟软件,建立了三个开采水平的三维数值模型,分别模拟不同分层进路的开挖与矿体回采过程,对开挖与回采结果进行分析,得到了进路开挖与回采中围岩收敛变形应力分布与传播以及塑性区分布与贯通情况随时间和空间的变化与分布规律(4)在对基于时效性软岩采矿进路开挖与矿体回采的基础上,基于FLAC3D数值模拟,进一步研究不同回采顺序与采场结构参数对进路稳定性的影响,获得了基于和睦山铁矿无底柱分段崩落采矿法的合理采矿顺序与采场结构参数(5)在理论分析与数值模拟的基础上,针对回采进路支护问题,提出了以初次锚网喷和二次预应力让压锚杆为核心的支护体系;针对围岩破碎的回采进路,提出了以型钢支架壁后充填注浆以及锚网喷为核心的支护体系和睦山铁矿-200m水平回采工业性试验表明:支护方案有效的解决了回采进路在矿体开采期间的稳定性问题
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