深部巷道钻孔卸压能量耗散特征与控制技术研究

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随着矿井开采深度的增加,巷道围岩在高应力环境下出现大变形现象,导致巷道维护困难,影响深部煤炭资源的安全高效开采。钻孔卸压是控制深部巷道大变形的有效方法,卸压钻孔兼具转移高应力和吸收围岩变形两大功能。然而,卸压钻孔的开挖将对围岩产生二次损伤,由于无法有效评价应力转移效果,并且缺乏对巷道变形控制的量化分析,导致卸压程度的评估和钻孔参数的缺少理论依据。本文基于能量守恒原理和FLAC3D软件有限差分算法,推导了岩体单元弹性能和耗散能的计算式,采用FISH语言将其应用于FLAC3D软件,系统研究了深部卸压巷道围岩能量耗散特征与稳定控制技术,主要研究成果包括:(1)结合能量守恒和有限差分理论,推导了岩石弹性能和耗散能的有限差分方程式,采用FISH语言编制了能量耗散模型的有限差分程序,实现了对FLAC3D应变软化模型的二次开发,补充了软件能量计算模块。(2)基于能量耗散理论,研究了卸压钻孔长度、卸压钻孔排距、卸压钻孔间距和卸压钻孔直径等不同卸压钻孔参数对卸压巷道围岩能量耗散和变形破坏特征的影响规律,基于理论计算结果的对比分析,提出了影响钻孔卸压效果的各因素的确定方法,揭示钻孔卸压诱发巷道二次破坏特征。(3)研究了锚杆支护参数对深部卸压巷道围岩耗散能演化及变形破坏的控制作用,研究表明:锚杆预紧力、锚固长度、间排距等可调控卸压巷道围岩能量耗散程度,合理的支护参数可以有效控制卸压巷道能量耗散范围和卸压巷道大变形,指导了深部卸压巷道支护方案设计。(4)基于试验巷道生产地质条件,确定了试验巷道卸压钻孔参数及锚杆支护参数,开发了深部巷道围岩卸压-支护协同控制技术,现场应用表明,新技术应用后,巷道变形量减小63%左右,取得了良好的巷道控制效果。
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