高应力软岩巷道支护技术的研究与应用

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随着我国浅部煤层资源的日益枯竭和市场对煤炭资源需求的持续,煤炭开采将逐步向深部发展已经成为一种必然趋势。软岩巷道的稳定性控制,一直是煤矿支护的薄弱环节,困扰着煤矿开采,且随着采深的增加,这一问题就更加严重。因此,加强深部软岩巷道支护技术研究对我国进一步开发利用深部煤炭资源具有重要意义。本文针对桃园煤矿软岩巷道支护中出现的诸多问题,结合国内外深部软岩巷道研究现状,在对软岩巷道变形破坏机理和锚注支护机理的系统论述的基础上,采用理论分析、数值模拟研究以及现场实践监测相结合的综合研究手段,对软岩巷道围岩变形破坏特征、控制技术进行了深入研究,得出了以下主要结论:1.在系统研究了软岩的定义、分类、力学属性、工程特性的基础上,对软岩巷道的破坏特征及其破坏机理进行了分析,提出了以锚注为主的联合支护是解决软岩巷道支护的一个重要途径。2.系统阐述了围岩松动圈理论,对围岩松动圈尺寸进行准确判定并分类可为巷道围岩采取合理的支护形式以及支护参数设计提供依据;研究了锚注支护机理、注浆加固作用,软岩巷道支护成败的关键是能否控制住巷道围岩塑性圈发展,而围岩塑性圈的形成受围岩强度和围岩应力的共同作用,通过注浆改变围岩应力状态和提高围岩自身承载能力是控制围岩松动圈发展的根本办法;分析了锚注支护与围岩的共同作用,理论推导得出了围岩破碎区、塑性区、弹性区的应力以及边界公式。3.采用flac3d数值模拟软件分别对无支护条件开挖、采用锚网喷支护方案和以锚注为主的联合支护方案进行了模拟研究,分别从围岩垂直位移分布特征、水平位移分布特征、围岩塑性区和应力场变化以及支护结构受力变化等方面进行了对比分析,验证了以锚注为主的支护设计方案的合理性。4.对巷道围岩表面位移、深部位移、锚杆锚固力变化进行了现场监测,与数值模拟结果进行了对比,结果表明,采取以锚注为主的联合支护体系可以很好地将围岩注浆与传统支护结合起来,实现支护和围岩共同承载,使整个巷道受力更加均匀,更好地维护了巷道稳定,成功地解决了高应力软岩巷道的支护难题。
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