弱胶结软岩巷道围岩变形破坏影响因素及修复控制研究

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近年来,随着东部煤炭资源的减少,我国的煤炭资源开采重心逐步由东部向西部转移。西部地区煤系岩层成岩时期晚,软岩地层较多,布置在该岩层中的巷道围岩强度低、自稳时间短、岩体易风化水解和泥化,造成巷道支护难度大。尤其是弱胶结软岩巷道,因其所处的应力和地质环境较为复杂,巷道极易发生破坏变形。本文以鄂尔多斯红庆梁煤矿2-2煤辅助运输巷严重破坏段巷道为工程研究背景,采用理论分析、数值模拟、室内实验及现场监测相结合的方法,分析了弱胶结软岩巷道围岩变形破坏特征,并对巷道破坏影响因素进行了显著性排序,提出了锚杆(索)修复支护和U型钢棚修复支护技术,并进行现场应用,取得了如下主要研究成果:(1)通过现场监测,分析总结了红庆梁2-2煤辅助运输巷破坏特征,巷道的顶底板及两帮变形速率均呈先增大后减小的趋势,首先巷道顶板的喷浆层产生开裂破坏,顶板最大下沉量为663mm,随后发生底鼓,最大鼓出量为432mm,最后导致片帮,两帮移近量最大为388mm。(2)巷道顶底板岩性主要以砂质泥岩为主,物性组分实验鉴定结果显示,变形破坏严重段巷道围岩中黏土矿物含量高达30~55%,且室内实验测得的砂质泥岩强度较低,平均单轴抗压强度8.75MPa,平均抗拉强度1.11MPa。(3)在分析弱胶结巷道围岩变形破坏影响因素的基础上,利用数值模拟对比研究了煤岩结构组合、侧压系数、硐室群布置等因素对巷道围岩塑性区分布的影响,并通过灰色理论分析法将各影响因素与巷道围岩破坏的关联度进行了排序,确定了各因素的影响程度大小顺序,结果为:硐室群>巷道煤岩结构组合>侧压系数。(4)针对巷道破坏严重段,提出了锚杆(索)加密支护和U型钢棚支护修复技术,通过数值模拟方法确定了最优修复支护方案,即U型钢棚棚腿处各安装2根锚杆(补偿结构),并进行了工程实践,结果表明,修复支护方案能够有效维护巷道稳定,巷道完整性较好,整体变形量不大。
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