非對稱條件深埋巷道“擠壓-撓曲”復(fù)合底鼓機理及控制技術(shù)研究.pdf

1、目前，礦井深度呈逐漸增長的趨勢，這也使得現(xiàn)場許多大巷不得不面臨底板穩(wěn)定性問題。特別是一些受相鄰掘進(jìn)影響的巷道，產(chǎn)生了底鼓偏向一幫的特殊現(xiàn)象。同時在底鼓類型方面，受開挖影響淺部底板巖層破碎生成擠壓流動性底鼓，而底板深部完整巖層受后續(xù)相鄰巷道的掘進(jìn)產(chǎn)生二次擠壓，形成撓曲褶皺性底鼓。因此，正確認(rèn)識這種非對稱條件下深埋巷道“擠壓-撓曲”復(fù)合底鼓機理，對類似底鼓的治理尤為重要。
　　本文以陽煤五礦+211水平皮帶運輸巷為研究背景，通過現(xiàn)場礦

2、壓觀測、理論分析、數(shù)值模擬、相似材料模擬以及現(xiàn)場工業(yè)性試驗相結(jié)合的方法研究了非對稱條件下深埋巷道底板變形特征、影響因素及防治措施。具體研究工作及獲得的有益認(rèn)識如下:
　　(1)現(xiàn)場實測表明，深埋薄層狀底板巖層非單一巷道底鼓具有以下特征:①地應(yīng)力高;②底板巖層呈層狀分布，且具有軟巖性質(zhì)，強度低;③相鄰巷道的開挖存在先后次序;④底鼓峰值位于靠近一幫的位置;⑤底鼓形式為“擠壓-撓曲”復(fù)合型。
　　(2)對取樣巖石進(jìn)行力學(xué)實驗，分析

3、深埋條件下巖石抗壓強度、彈性模量等力學(xué)參數(shù)的變化。結(jié)合Mohr-Columb強度準(zhǔn)則和Griffith強度準(zhǔn)則提出了一種新的綜合巖體穩(wěn)定性分級指標(biāo)，以確定巖體以5、6級為主，并為工程決策提供行之有效的技術(shù)支持。
　　(3)分析非對稱支承壓力影響下“擠壓-撓曲”復(fù)合底鼓發(fā)生機理時，基于兩幫支承壓力分布規(guī)律和極限平衡區(qū)寬度的研究，結(jié)合巖層賦存條件建立“擠壓-撓曲”復(fù)合底鼓模型并確定模型的邊界位置。淺部擠壓流動性底鼓分析時，假設(shè)存在位移

4、為零的位置并結(jié)合變分原理進(jìn)行推導(dǎo);深部撓曲褶皺性底鼓分析運用了薄板彎曲理論。最終導(dǎo)出了底鼓峰值點位置及底鼓量的解析計算方法。
　　(4)采用相似材料模擬試驗，分析了深埋巷道開挖后底板垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力以及破壞變形形態(tài)的一般規(guī)律，為后續(xù)非對稱條件下深埋巷道“擠壓-撓曲”復(fù)合型底板圍巖變形規(guī)律提供可靠依據(jù)。
　　(5)對非對稱條件下深埋巷道進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了相鄰巷道掘進(jìn)影響下底鼓發(fā)生規(guī)律及偏向一幫的原因。
　　(6)通過

5、解析方程與數(shù)值模擬分析，得出底板巖層結(jié)構(gòu)狀態(tài)、支承壓力分布特征、斷面形狀以及開挖次序是“擠壓-撓曲”復(fù)合底鼓偏向一幫的重要影響因素。
　　(7)采用數(shù)值模擬技術(shù)分別分析了巷道斷面結(jié)構(gòu)中頂板、兩幫巖性變化時對底鼓的影響;小范圍內(nèi)巷道處于同一巖性的巖體結(jié)構(gòu)對底鼓的影響;大范圍內(nèi)斷層、褶皺對底鼓的影響，進(jìn)而得到底鼓的一般影響因素。
　　(8)結(jié)合力學(xué)推導(dǎo)及數(shù)值模擬技術(shù)分析了常見的高應(yīng)力巷道底鼓控制技術(shù)的優(yōu)缺點，以作為非對稱條件下深