深部大跨度巷道失穩(wěn)機理與圍巖控制技術(shù)研究.pdf

1、近年來,隨著煤炭工業(yè)的快速發(fā)展和采礦技術(shù)的不斷進(jìn)步,開采水平逐漸向深部和地質(zhì)條件更復(fù)雜的區(qū)域發(fā)展,巷道的斷面越來越大,采用現(xiàn)有的支護理論與技術(shù),難以滿足深部大斷面、大跨度巷道支護要求。大跨度巷道失穩(wěn)垮冒現(xiàn)象時有發(fā)生,已成為煤礦亟待解決的重大技術(shù)難題。本文圍繞深部大跨度巷道穩(wěn)定性控制問題,綜合運用數(shù)值模擬、相似模擬、理論分析、現(xiàn)場監(jiān)測等方法與手段對深部大跨度巷道失穩(wěn)機理與圍巖控制技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究,取得了如下主要創(chuàng)新成果:
　　(1)

2、基于復(fù)變函數(shù)理論,運用施瓦茨-克里斯托菲爾求解映射函數(shù)的方法,推導(dǎo)出大跨度矩形巷道圍巖應(yīng)力與位移的計算公式,通過具體實例,計算得到了矩形巷道內(nèi)部各點應(yīng)力與位移的數(shù)值解,分析了矩形巷道圍巖應(yīng)力與變形規(guī)律。
　　(2)應(yīng)用FLAC3D數(shù)值計算軟件,系統(tǒng)研究了不同側(cè)壓不同跨度矩形巷道圍巖塑性區(qū)分布規(guī)律,得出矩形巷道圍巖塑性區(qū)分布形狀隨側(cè)壓的變化規(guī)律。根據(jù)不同側(cè)壓不同跨度巷道圍巖破壞、應(yīng)力分布及變形規(guī)律,給出了大跨度巷道的定義,劃分了大跨

3、度巷道類型。
　　(3)自主研制了微型預(yù)應(yīng)力錨桿試驗裝置,為相似模擬試驗錨桿受力監(jiān)測及錨桿施加預(yù)應(yīng)力提供方便,解決了模擬試驗中無法對錨桿施加預(yù)應(yīng)力的難題。
　　(4)提出了雙微拱斷面巷道的概念,建立了雙微拱巷道的力學(xué)分析模型,計算得到雙微拱巷道應(yīng)力、位移的具體表達(dá)形式,分析了雙微拱斷面巷道圍巖應(yīng)力與變化規(guī)律。建立了雙微拱斷面巷道拱腳交點處支撐反力計算模型,推導(dǎo)出兩拱腳交點處支撐反力計算公式。
　　(5)針對影響大跨度巷

4、道穩(wěn)定的主要因素,分析了大跨度巷道控制原理;提出了深部大跨度巷道卸壓減跨控頂與等強協(xié)調(diào)支護理論和“雙微拱斷面+單體支柱+高強預(yù)應(yīng)力錨桿(索)+鋼帶等組合構(gòu)件”的支護方法。
　　(6)依據(jù)深部大跨度巷道支護理論與方法,對山西潞安環(huán)能股份公司五陽煤礦7801切眼(埋深800m,跨度8m)進(jìn)行工業(yè)性試驗。現(xiàn)場應(yīng)用表明,采用“雙微拱斷面+單體支柱+高強預(yù)應(yīng)力錨桿(索)+鋼帶等組合構(gòu)件”的減跨支護方法,有效地控制了切眼的變形破壞,實現(xiàn)了深部