【摘 要】
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长期以来,煤炭一直是我国一次能源中的主体资源。但随着浅部资源逐渐减少和枯竭,我国中东部地区主要矿井逐步进入深部开采阶段。深部围岩高应力与低强度之间的矛盾是巷道稳定难以控制的主要原因。实现巷道围岩稳定控制,须在掌握围岩大变形致灾机理的基础上,考虑内岩作用的围岩控制理论和技术,可控制围岩破裂损伤区演化,从而解决围岩高应力与低强度之间的矛盾。预留底板法施工已在部分矿区采用,并取得了很好的支护效果,本质上
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长期以来,煤炭一直是我国一次能源中的主体资源。但随着浅部资源逐渐减少和枯竭,我国中东部地区主要矿井逐步进入深部开采阶段。深部围岩高应力与低强度之间的矛盾是巷道稳定难以控制的主要原因。实现巷道围岩稳定控制,须在掌握围岩大变形致灾机理的基础上,考虑内岩作用的围岩控制理论和技术,可控制围岩破裂损伤区演化,从而解决围岩高应力与低强度之间的矛盾。预留底板法施工已在部分矿区采用,并取得了很好的支护效果,本质上属于预留内岩开挖方法的一种特殊形式,目前鲜有研究关注内岩对围岩稳定控制作用。本研究以淮南顾桥矿区巷道为研究背景,采用室内试验、理论分析和FLAC3D数值分析方法,系统研究了全断面法和预留底板法2种不同开挖方法下,围岩掌子面轴心、拱顶、底板、边墙和拱肩等关键点位的应力演化规律,定量分析了关键点位应力大小及应力方向的演化特征,进而从应力路径、位移变化以及塑性屈服区等不同角度分析和总结了预留底板法围岩体破坏演化规律和特征,结合深部巷道围岩稳定性控制理论,提出了相应的支护设计方案。通过上述研究,获得的主要成果如下:(1)对于轴心监测点,两种开挖方法下,最大主应力σ1和最小主应力σ3大小趋于稳定时差别较大,全断面法开挖下σ1和σ3大小分别为20.1MPa和2.7MPa;而预留底板法开挖下由于上断面首先开挖,下断面开挖之后,σ1和σ3大小分别为4.0MPa和趋于0MPa。对于其它关键点位最大主应力σ1和最小主应力σ3大小趋于稳定时差别较小。(2)揭示了深部巷道预留底板法开挖下围岩变形破坏机理,预留底板法开挖下,由于上断面首先开挖下断面开挖滞后,对于底板主要是形成以剪切破坏为主的破坏区;对于拱顶和边墙主要是形成剪切和张拉破坏的破坏区,拱肩和底脚围岩形成以剪切破坏为主的剪应力集中区域。而全断面法开挖下,巷道底板主要形成以剪切和张拉破坏为主的破坏区;拱顶、拱肩、边墙以及底脚同预留底板法开挖下破坏区一致,拱顶和边墙围岩形成以剪切和张拉破坏为主的破坏区,在拱肩和底脚形成以剪切破坏为主的剪应力集中区域。(3)与全断面法开挖相比,预留底板法开挖下巷道底板位置处塑性区范围明显偏小,全断面法开挖下巷道底板塑性区范围向下延伸深度大约为3m,而预留底板法开挖下巷道底板塑性区范围向下延伸深度达到2m左右,下断面对底板围岩具有一定的保护作用。(4)对于底板监测点,预留底板法开挖下最大主应力由最初的平行巷道轴线方向旋转成垂直巷道轴线的水平方向,应用支护方案后最大主应力方向保持不变,围岩结构稳定,围岩位移在允许变形范围内,巷道周围塑性区分布范围相对减小,巷道底板加固取得很好的支护效果。(5)通过现场量测工作,对实测数据进行分析处理。根据现场监测数据,在方案实施2个月后,支护结构充分发挥了作用,水平收敛以及拱顶下沉趋于稳定,说明围岩稳定性得到有效控制,支护方案是经济合理的。图[59]表[6]参考文献[80]
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