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易崩解弱胶结软岩是伊犁地区一种广泛分布的典型特殊软岩,由于其强度低、胶结性差、易崩解和易被扰动等特性,在这种地质环境下进行巷道施工常遇到锚固力下降、锚杆(锚索)断裂、严重底臌、浅层围岩破碎、变形不易控制等难题,目前对这种岩性地层的研究逐渐受到人们的关注。 本文在研究分析大量既有成果的基础上,通过现场调研、原岩取样、室内试验、数值计算和理论解析等方法综合应用,研究了易崩解弱胶结软岩的力学特性、巷道变形破坏特点和机理以及二次锚网喷索耦合支护的机理和应力应变规律等,并最终将研究成果应用于实践中。 本文得到的主要结论如下: (1)针对易崩解弱胶结软岩的特性,分析了泥岩的崩解机理和原因;揭示了单轴作用下泥岩、砂岩呈现脆性破坏特征,在三轴围压情况下,随围压的增大,泥岩、砂岩破坏逐渐向弹塑性、塑性转化;对三轴围压下泥岩的应力-应变曲线进行拟合,并将其划分为五个变化阶段。 (2)总结了易崩解弱胶结软岩巷道的变形破坏特征,归纳了伊犁四矿巷道变形破坏具有初始变形速率大、变形持续时间长、自稳时间短、易被扰动等特点,并对其变形破坏机理进行了分析,应用数值模拟软件分析了围岩应力和变形随侧压系数的变化规律。 (3)对二次锚网喷索耦合支护围岩建立岩体受力模型,给出承压圈、破碎区、塑性区和弹性区的应力、应变表达式;分析了二次锚网喷索耦合支护原理,提出了“改变巷道浅部围岩结构、断面分次施工卸压、一次支护让压、二次支护抗压”的支护理念和“发挥自承能力、让抗协调二次支护、合理掘进施工方式支护、动态信息化支护”的支护原则。 (4)将提出的支护思想和理论应用于21-1煤层回风大巷和23-2煤层辅运大巷支护,对支护参数进行优化,并对其进行跟踪监测。监测数据表明支护效果良好,验证了本文提出的思想和理论。