深井软岩巷道底鼓力学分析及治理研究

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长期以来,软岩巷道底鼓一直是困扰煤矿安全生产的难题,软岩巷道具有来压快、顶底板易破碎、变形量大、难维护、容易返修等特点。因此,寻求有效的控制方法就显得尤为重要。本篇论文以上海庙矿区为研究背景,通过实验、理论分析、数值模拟、现场工程实测等方法进行研究,主要的方法和结论有:(1)通过在压力机上进行单轴压缩试验得到不同岩石试样(老底粉砂岩、直接底粉砂质泥岩)的平均单轴抗压强度、普氏系数、弹性模量等基本岩石力学参数和全应力应变曲线。(2)结合巷道实际情况对底鼓影响因素研究分析,认为巷道底鼓的影响因素为底板岩层的本身的性质、岩层的应力状态、支承压力,水理性,巷道围岩的支护强度和巷道断面形状,其中主导因素是巷道开挖后受力情况。并且按底鼓鼓入方式和底鼓量大小确定了底鼓的类型。(3)通过对掘进巷底板的受力情况进行分析,发现当底板能够承受的最大应力小于底板受到的最大支承力时,底板在力的作用下无法保持原有的状态,发生破坏。此时在巷道底板一定范围内形成了三个区域,分别是主动破坏区,挤压过渡区,挤压被动区。将底板简化为两端固支的模型,计算时将模型变形产生的挠度ω当做底鼓量,从而推导出底鼓量估算公式,通过工程算例,对公式进行了验证。(4)利用推导出的底鼓量估算公式对建立的FLAC3D模型进行验证。并对可以治理底鼓的底板锚杆法、切槽卸压法、联合法进行了模拟。通过对比模拟结果,发现底板锚杆法对改善巷道底鼓有一定的作用,不同锚杆的长度、间距和底角锚杆倾角对底板作用效果不同。切槽卸压法对改善巷道底鼓有也一定的作用,不同切槽的宽度和深度的作用效果不同。联合法能够充分发挥各自的优势,底板的强度和稳定型得到了明显的改善,底鼓得到了很好地控制,是所有方案中效果最好的。(5)通过对最终的治理方案进行现场工业性验证,得出采用联合法的治理效果明显,技术可行,经济合理,对工程实践具有指导意义。
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