软岩巷道底鼓的防治试验与研究

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近年来由于煤炭需求量的增加,使得对产量和采掘效率提出了更高求,同时也推动了开采方法和开采技术的不断创新与进步。产量和效率的提高必然促使着开采设备的机械化和大型化程度提高,因此使得煤巷断面的尺寸也变得越来越大,用以确保大型机械设备的运输通畅,正常工作生产的通风以及安全行人的要求。而随着大断面巷道在煤矿生产中的应用越来越多,同时也带来很多巷道围岩变形破坏的问题,其中巷道底鼓的问题就开始变的频繁,特别是在底板为软弱和破碎岩体的情况下更为突出,并且随着开采技术的不断进步以及开采深度的增加很有可能变得更加突出。同时底鼓严重的情况下会使巷道断面缩小,底板不平,从而给矿井通风,运输及工作带来诸多不利因素;更强烈的底鼓会使整个巷道失稳甚至整个巷道报废,进而导致维修工作量较大,而且还会妨碍矿井的安全生产。因此,底鼓的防治研究特别是软岩底鼓的防治研究对软岩矿井的生产有着重要的影响和意义。本文主要是以山西某矿回风上山巷道作为研究对象,通过运用弹塑性力学和岩石力学分析得出底板某点所受应力和位移变化的公式,并对该点所受应力进行分析,即:σxe<0时,其所受高应力为指向巷道的拉应力,反之则受到垂直向下的压应力,等于零时则不受力。在σxe<0向σxe>0过渡时,底板先受到拉应力发生破坏,直到大于零时其所受压应力引起的破坏才比较大,但是这时底鼓向垂直方向的变形主要是由水平应力所引起的。同时,当σxe|>σt,时,岩体发生则发生脆性拉破坏,|σxe|>σR,则发生脆性压破坏。与此同时,还根据底鼓产生的机理以及引起底鼓的因素分析得出了不同条件下底鼓量的计算公式。采用实验室相似模拟和FLAC数值模拟的手段,理论分析研究其巷道产生严重底鼓现象的原因以及治理底鼓的措施,并通过对该地质条件下,无支护巷道的相似模拟与数值模拟的对比分析,得出其巷道围岩变形破坏的原因,以及断定底鼓的类型。同时也是对数值模拟是否具有可靠性进行印证。采用FLAC对原支护条件下的巷道进行模拟分析,并对所提出的两种治理巷道底鼓措施即切槽卸压治理底鼓和切槽卸压与底锚杆联合支护治理底鼓的两种方案进行数值模拟分析,以及通过对治理前后巷道底鼓情况进行对比分析,揭示了采用切槽卸压控制巷道底鼓方案是可行的。通过对不同切槽深度的底板进行模拟分析,得出切槽深度在接近巷道深度一半时,对底鼓的治理效果更为有效。同时通过实验与数值模拟实验的分析,也证实了该矿巷道底鼓属于压膜效应引起的挤压流动型底臌,所采用的控制底鼓方案措施理论上是可行的,能运于该矿底鼓治理的现场指导。
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