某硬岩矿山深部开挖巷道岩爆机理与支护方案研究

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近年来,随着我国改革开放脚步的不断前进与经济的迅猛发展,基础工业对矿物的需求也随之不断增长。然而,由于人们不断的开采,尤其是早期的不合理开采规划,使得矿山浅部资源逐渐减少,矿山资源的开采渐渐转向深部。而岩爆是深部开挖经常遇到的问题。它可能造成地下工作人员的伤亡、地下施工设备毁坏以及开挖进度的延缓,从而致使开挖成本的增加。就目前学术界而言,尚未对岩爆形成成熟的认识,因此,有必要进一步对实际工程中岩爆的预测、发生机理与防治进行进一步的研究,以防止岩爆的发生,保证矿山人员的安全与生产的顺利进行。本文以安徽某矿山为研究背景,由于该矿山转入深部开采,面临着三高一扰动的问题,尤其是巷道开挖后,更容易产生岩爆,因此有必要结合该矿山深部开挖巷道的具体情况,对该矿山开挖巷道的岩爆发生的机理,以及防治方法进行了深入、系统、全面的研究。论文的主要研究结果总结如下:1、本文分析了岩爆形成机理,并在强度理论、刚度理论、能量理论与倾向性理论这四个主要理论的基础上,通过三个岩爆判别指标:第一类为基于岩性的岩爆判别指标(也称岩爆倾向性指标),第二类为基于现场情况的岩爆判别指标,第三类为基于断裂损伤、非线性科学、智能科学等的岩爆判别新指标,并就第一类基于岩性的岩爆判别指标对开挖巷道围岩岩样与矿石岩样做能量冲击性指标WC F与弹性应变能指标WET的实验,以此判断该开挖巷道是否具有岩爆倾向。2、通过现场勘查与岩石质量评估以及地应力测试,可知处于-850m处的开挖巷道围岩完整度较好,地应力较高,且岩石为坚脆性岩石。取开挖巷道周围岩样与矿石进行室内单轴抗压、劈裂实验,得到基本的物理学参数:抗压强度,抗拉强度,泊松比,弹性模量等。然后再对围岩与矿石做全应力-应变实验与加压-卸载的实验,然后根据实验得到的图像,利用图形积分的方法,计算出围岩与矿石的能量冲击性指标和弹性应变能指标,并通过这两个指标来预测岩爆倾向程度。根据实验可知,岩样能量冲击性指WC F标值在1-2之间,弹性应变能指标WET值在3-5之间,因此判断该开挖巷道具有中等岩爆倾向。3、根据实验测得巷道周围岩石的各种力学参数,对巷道进行FLAC3D建模,对巷道模型的受力情况进行分析,可以得知巷道在水平方向与竖直方向所受应力均集中于该开挖巷道拱形的末端,最大主应力集中于开挖巷道拱形的末端与靠近顶部的位置,最小主应力集中于开挖巷道拱形的末端。应力集中区域的确定可以为下一步巷道的支护提供依据。4、通过对FLAC3D的建模,确定了该开挖所受应力的集中区域,然后结合现有的巷道岩爆支护理论的研究,提出三支护方式,并通过计算开挖巷道发生岩爆时巷道围岩产生的能量,对开挖巷道采用锚杆+悬挂金属网与喷射混凝土的支护方法,以防止岩爆的发生,保证矿山安全、顺利的进行生产。
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