应力扰动敏感型巷道围岩变形破坏机理及分区支护技术

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当煤矿地质条件复杂时,在巷道掘进过程中会遇到较多断层构造,断层构造引起巷道围岩强度和完整性显著弱化及应力状态发现变化。由于断层构造的影响,导致巷道掘后顶底板围岩处于较高的水平应力状态,两帮围岩处于较高的垂直应力状态(相比正常地带),同时巷道围岩强度和完整性也得到弱化,在巷道掘进和服务期间,巷道围岩发生大变形,甚至冒顶,严重影响矿井的正常安全生产。因此,开展断层构造带巷道围岩变形破坏机理及支护技术研究,具有重要的科学与工程意义。  论文以祁东煤矿6163运输平巷为研究对象,在现场调研巷道工程地质特征和分析巷道围岩发生变形破坏因素基础之上,提出了应力扰动敏感型巷道的概念,并解释了其含义及特点。实验室测试了巷道围岩力学性质、组分及微结构特征;现场实测和理论分析了巷道围岩裂隙演化规律和变形规律;采用数值模拟方法研究了巷道掘进穿断层过程中断层构造对巷道围岩应力状态的影响规律,得出断层构造对巷道围岩应力状态影响范围约为25~27m,断层构造引起巷道顶底板掘后水平应力及帮部垂直应力较正常地带明显增大而导致巷道围岩变形严重。在以上研究基础之上,提出了应力扰动敏感型巷道分区支护机理及技术:将应力扰动敏感型巷道在巷道掘进方向区域化,断层构造前后30m范围划分为断层构造带,其余地带划分为正常地带,断层构造带和正常地带分别制定相应的支护参数、方案来保证巷道围岩稳定。采用FLAC3D数值计算研究了帮部锚杆长度、直径和锚杆(索)排距,并对锚杆(索)预紧力进行匹配设计,确定了应力扰动敏感型巷道分区支护方案及参数。现场试验表明,巷道的变形得到有效控制,取得了良好的技术经济效益,为类似条件下回采巷道围岩控制问题研究提供有益借鉴。
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