安居煤矿深井岩石巷道围岩分类方法及控制研究

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随着煤炭资源的开采逐渐向深部煤层发展,矿井开采由浅部进入到深部开采阶段,矿山压力与浅部矿井开采环境相比有大幅度增加,深部矿井的垂直应力显著增大,构造应力场比较复杂,开采扰动的影响十分强烈,导致巷道围压大、围岩强度降低、围岩变形大、破碎岩体增多,很容易造成巷道前掘后修、多次翻修甚至片帮冒项,对深部资源的安全、高效、合理开采提出了严峻的挑战。本文以安居煤矿岩巷为主要研究对象,综合采用理论分析、现场监测、数值模拟等研究手段,全面深入地开展深部巷道围岩控制技术的研究,取得的主要成果如下:  (1)基于国家工程岩体分级标准及煤炭行业岩石分类方法,结合前人对于围岩分类的研究成果,建立了安居煤矿深部岩巷的围岩分级标准体系,得到了考虑高地应力、围岩综合强度、结构面、断层和采动影响的东部轨道集中大巷顶板的围岩类别。结果表明,东部轨道集中大巷顶板围岩类别为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。  (2)基于损伤力学和复合材料力学、结构力学的原理,研究了加锚顶板的稳定性潜力,并由顶板的脆性损伤出发,建立了深部岩巷的锚固岩拱力学模型,得到了锚固潜力系数,该系数可用来反映锚杆加固提供给顶板的安全系数。得出了一种深部巷道锚固潜力设计方法,利用该方法可以定量安全的进行锚固控制设计,并为巷道支护设计提供理论依据。  (3)基于UDEC数值软件,通过对安居煤矿深部岩巷现有支护方式的模拟发现,安居煤矿深部岩巷的变形量总体较小,塑性区范围总体不大,巷道破坏程度不是特别严重,局部地段顶板破碎和底鼓较严重,与现场实际情况较为符合。在总结深部巷道围岩变形破坏规律的基础上,提出了巷道围岩总体控制原理,进而提出了每类围岩的控制原理及深部岩巷分类支护设计方案和参数表,可供安居煤矿深部岩巷支护设计和施工参考。通过现有支护方式与支护优化后离散元模拟的对比分析,得出了深部岩巷破坏机理及通过围岩分类改进支护方式后的支护效果,优化后的围岩分级支护方式可以很好的满足深部岩巷的稳定性控制要求。  (4)对安居煤矿东部集中轨道大巷进行了为期一个月的现场监测,监测项目为巷道表面位移监测,巷道内部位移监测,锚杆锚索受力监测,钻孔电视探测,监测结论如下:顶板下沉量最大为26mm,两帮移近量38mm,拱肩移近量最大为29mm。监测前10天内多点位移计各基点变形速率较快,应力释放完成施加支护后,变形及离层得到控制并趋于稳定。施加支护后在围岩变形作用下锚杆、锚索受力逐渐增加,围岩变形得到控制后锚杆、锚索、围岩形成共同的承载体,锚杆、锚索受力也趋于稳定。在8m深钻孔内共探测到五个破裂分区,破坏程度和破坏范围从巷道表面到内部依次递减。
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