第四系富水厚砂层段斜井围岩稳定性评价及其支护技术

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开展第四系富水厚砂层段围岩稳定性评价及其支护技术研究对于榆神矿区及类似地质条件下的斜井安全施工具有重要的工程应用价值。本文以薛庙滩二号副斜井施工工程为依托,采用理论分析、现场监测和数值模拟计算相结合的手段开展研究工作,主要结论有:(1)薛庙滩煤矿二号副斜井富水厚砂层段围岩变形的主要影响因素有:地下水、砂层力学参数、围岩级别和施工因素;第四系富水厚砂层段围岩属于不稳定围岩;(2)建立不同的超前支护力学模型并进行计算对比分析,结果表明:小管棚支护可以满足超前支护安全要求,在此基础上安插木板可提高其整体稳定性;(3)对井筒围岩进行受力特性分析,采用控制变量法确定了在不同混凝土厚度下不同位置的井筒斜拉拉应力值,结果表明:井筒混凝土厚度越大,井筒斜拉应力的增长速率越小,同时增加井筒与围岩之间的粘聚力可以有效阻止井筒出现斜拉裂缝;(4)基于工程类比法和理论计算方法完成了薛庙滩煤矿二号副斜井穿越富水厚砂层段围岩的支护方案设计。运用FLAC软件和现场试验对其支护方案进行评价,结果表明:采用超前管棚-插板法支护、一次支护和二次衬砌支护的复合支护体系可以有效控制围岩变形,满足了使用安全的需要;(5)运用FLAC软件研究了在不同应力水平和开挖步距情况下斜井穿越富水厚砂层围岩变形规律,计算结果表明:应力水平增加时应加强两帮支护,在进行斜井穿越富水厚砂层段井筒施工时应选取合理的开挖步距。
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