低强度泥化软岩巷道变形机理分析及支护技术研究

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近年来煤炭开采量持续走高,而我国中东部部分矿山资源逐渐临近枯竭,在此背景下,我国煤炭主产区正逐步向北部内蒙和西北部宁夏、新疆等地转移。在西部已开采的矿区白垩系、侏罗系地层中发现广泛存在着一类软岩,其胶结程度差、强度低、遇水泥化,我们称之为低强度泥化软岩,含该类软岩的巷道围岩力学性质较差,开挖之后自稳时间短,变形大,支护困难,且巷道支护后维修率大、翻修率高,这极大的影响了煤矿的建设速度和生产安全,因此有必要深入研究软岩的变形特性及此类软岩巷道围岩的控制技术。  本文通过对内蒙古新上海一号煤矿回风上山巷道围岩变形及支护结构受力进行长期监测,利用理论分析与数值模拟相结合的方法对低强度泥化软岩巷道变形及支护措施进行了研究。首先利用X射线衍射分析法对岩石试样(取自新上海一号煤矿)进行了矿物成分分析,从微观角度分析其宏观表现,并对所取岩样进行了室内的物理力学性质试验,为数值模拟时围岩参数的选取打下基础。  然后利用巷道围岩松动圈支护理论及围岩与支护相互作用原理,结合监测结果,并对回风上山巷道围岩在现有支护方式下的变形破坏进行分析,进而提出软岩巷道支护原则,为支护方案提供了理论基础。随后利用ANSYS有限元软件构建数值计算模型,并借助有限差分软件FLAC3D进行分析计算,研究了回风上山巷道开挖后的围岩变形和塑性区、应力分布,并分析了支护结构的受力状况。在上述基础上提出了锚网喷+反底拱+锚索的联合支护方案。  通过分析研究,论文得到了以下主要结论:①岩石属于泥质胶结,易风化崩解,遇水泥化,强度很低,蒙脱石等膨胀性矿物含量在20%左右,岩石具有中等偏低膨胀性;②低强度泥化软岩巷道支护主要遵循巷道断面优化、超前支护、充分发挥围岩承载能力以及全断面支护原则;③巷道底板和两帮出现少量的受拉区域,受拉区的出现对支护结构是极其不利的,传统的敞开式的支护是有害的,巷道底板支护不容忽视。  本研究成果对于类似条件下软岩巷道的变形机理分析及支护方案的确定具有一定的理论和现实意义。
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