平朔井工一矿动压巷道变孔径钻孔卸压技术研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zsk1370826
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随着煤矿井下开采强度的不断增大,工作面回采过程中产生的动压现象越发显著,动压巷道高应力、大变形破坏成为井下亟需解决的主要问题之一。目前,钻孔卸压以施工方便、安全高效等优点,成为一套井下普遍使用的卸压技术。但是钻孔在转移应力的同时会弱化围岩强度,加速围岩变形,甚至导致支护体失效。因此,本文以平朔井工一矿19111辅运巷为工程背景,围绕钻孔卸压原理、围岩应力转移及围岩变形控制展开研究,提出变孔径钻孔卸压技术,并成功应用于现场。论文主要研究成果如下:(1)分析19111辅运巷生产地质条件,通过数值模拟研究不同扰动下巷道围岩应力分布规律,现场实测19111辅运巷变形规律,分析19111辅运巷变形破坏特征,总结导致动压巷道围岩变形破坏的主要因素。(2)分析钻孔卸压基本原理,根据弹塑性力学及断裂损伤力学理论建立力学模型,推导出钻孔围岩应力、破碎区半径及塑性区半径的表达式,得到影响卸压区范围的主要因素:垂直应力、侧压系数、岩体内聚力、内摩擦角、钻孔直径。(3)通过试验研究不同卸压钻孔参数下试件的峰值强度特征、破坏形态特征及声发射特性,分析不同钻孔参数下试件能量释放规律,结果表明:钻孔围岩在应力作用下会产生裂纹,从而释放应变能,且孔径越大、孔深越大、孔间距越小,试件峰值强度越小,钻孔周围裂纹数量越多,应变能释放越彻底,但钻孔能量释放存在极限。(4)通过数值模拟研究常规钻孔参数对巷道围岩稳定性的影响规律,结果表明:直径较小、间距较大的钻孔围岩应力转移效果较差,而直径较大、间距较小的钻孔在转移围岩应力的同时会减弱巷道支护强度,围岩应力转移与围岩变形控制难以同时实现理想的效果,影响巷道稳定的主要因素为巷道围岩浅部钻孔。(5)基于常规钻孔的不足,提出变孔径钻孔卸压技术,在围岩浅部采用小直径钻孔,围岩深部采用大直径钻孔,分析变孔径钻孔卸压原理,研究变孔径钻孔参数对巷道围岩稳定性的影响规律,给出合理的变孔径钻孔布置参数设计方法:浅部钻孔直径范围0mm~120mm,深部钻孔直径范围200mm~300mm,变孔径位置在锚固区和应力集中区之间,钻孔间距范围1.0m~2.0m。(6)根据变孔径钻孔布置参数设计方法,制定19111辅运巷变孔径钻孔卸压技术方案,在现场进行工业性试验,结果表明:采用变孔径钻孔卸压技术后,两帮的应力集中程度明显降低,实现了较好的卸压效果,巷道围岩变形量明显减小,保障了巷道的安全稳定。该论文有图97幅,表17个,参考文献91篇。
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