陶二矿扩大区深井巷道围岩变形规律及支护技术研究.pdf

工学硕士学位论文 陶二矿扩大区 深井巷道围岩变形规律及支护技术研究 王书刚 河 北 工 程 大 学 2008 年 5 月 万方数据 2 分类号TD3 密 级 公 开 UDC 单位代码 10076 工学硕士学位论文 陶二矿扩大区 深井巷道围岩变形规律及支护技术研究 作者姓名 王书刚 指导教师 杨本生教授 申 请 学 位 级 别 工学硕士 学科专业 地质工程 所在单位 资源学院 授 予 学 位 单 位 河北工程大学 万方数据 3 A Dissertation ted to Hebei University of Engineering For the Academic Degree of Master of Engineering Study of Study of D Deep eep MMine ine R Roadway oadway D Deation eation R Re egular gular a and nd S Supporting upporting T Technology echnology in Tao’er in Tao’er MMine ine E Expansionxpansion AreaArea Candidate WangShugang Supervisor Prof.YangBensheng Academic Degree Applied for Master of Engineering Specialty Geological Engineering School/Department School of Natural Resource Hebei University of Engineering May, 2008 万方数据 摘 要 I 摘 要 随着我国煤矿开采深度的逐渐增加，深部开采已经成为煤矿生产的必然趋势。 深部开采遇到的各种难题对当前的煤矿生产和今后矿井建设影响日趋严重，深部 巷道稳定性控制，尤其是高应力深部巷道稳定性控制，一直是矿业工程难点问题 之一。如何面对深部开采复杂的地质条件，及时解决深部巷道稳定性控制所涉及 的问题，从长远看，它将对开发深部煤炭资源有特别重要的战略意义。 本论文采用理论分析、计算机数值模拟以及现场观测等综合研究方法，对陶 二煤矿扩大区深井高地压巷道围岩破坏机理、巷道围岩变形规律及巷道的支护技 术进行了系统和深入地研究。实测了巷道围岩松动圈范围和地应力的大小和方向， 并对巷道围岩进行了工程评价。确定了深部巷道的关键部位，提出了关键部位补 强支护技术，给出了最佳二次支护时间的确定方法。依据围岩松动圈、地应力、 巷道矿压观测、澳大利亚加莱博士的最大水平应力理论确定了合理的锚网梁索喷 支护参数，并利用 FLAC 软件进行了支护效果模拟。该研究成果为深井巷道支护技 术提供了可靠的科学依据，并为其他类似条件下的巷道支护提供了有益的借鉴。 关键词深井巷道； 高地应力；变形规律；锚网梁索喷支护； FLAC 数值模拟 万方数据 Abstract II Abstract With the development of mine exploit in our country, it is true that the depth of mining must have been increased, and it also effects the mining now and the mine building in the future. The control of roadway stability, especially the control of deep mine roadway under the high stress is always one of the difficult problems. How to face the complicated geological conditions and solve the problems of deep mining support. It will be very important to deep mining in long-term. In this paper, compositive research techniques including of theoretical analysis, numerical simulation and in-situ measurement are carried out to investigate the destructive mechanics of roadway surrounding rock, law of roadway deation and roadway supporting in Tao’er mine expansion area. Measured the roadway rock loose circle and stress the size and direction, and a project uation is given to surrounding rock. This paper identifies a key place of roadway and draws the conclusion that the support skill craft of key place reinforcement in deep mine, the best of determined second support occasion and appropriate parameter of the support. Based on rock loose circle, the stress, pressure observation mine roadway data and Australia Caley Dr. maximum horizontal stress theory, such as determining a reasonable anchor cable network support parameters, and carried on the supports and protections effect simulation using the FLAC software. This research achievement will give scientific evidence for pressure control, support skill craft in roadway of deep mine, and it will give a beneficial reference to other analogial roadway. Keywords roadway of deep mine; heavy ground-pressure; deation regular; support of bolt-wiremess-cable- steelbar -shotcrete; FLAC numerical simulation 万方数据 目 录 I 目 录 摘要 I Abstract II 第 1 章 绪论 1 1.1 问题的提出 1 1.2 国内外深部开采及支护研究现状 2 1.2.1 国内外深部开采现状 2 1.2.2 巷道围岩支护理论研究现状 3 1.3 论文研究的主要内容与方法 5 1.3.1 论文研究的内容 5 1.3.2 论文研究方法和路线 6 1. 4 研究意义 6 1. 5 小结 7 第 2 章 深部工程岩体力学特性及深部巷道控制对策 8 2.1 深部工程的概念及深部开采的特点 8 2.1.1 深部工程的概念 8 2.1.2 深部开采的特点 9 2.2 深部工程岩体的工程力学特性 10 2.2.1 深部工程岩体的地质力学特性 10 2.2.2 深部工程岩体的工程力学特性 11 2.3 深井巷道压力特点 13 2.4 深部巷道支护原则及措施 13 2.4.1 深部巷道支护原则 13 2.4.2 深井工程软岩巷道的支护措施和方法 20 2.5 刚柔耦合支护技术 24 2.5.1 刚柔耦合支护技术原理 24 2.5.2 刚柔耦合支护技术关键 25 2. 6 小结 27 第 3 章 深井巷道区域地应力分布规律研究 28 3.1 地应力测量 28 万方数据 目 录 II 3.1.1 地应力概述 28 3.2 套孔应力解除法地应力测量原理 28 3.2.1 地应力测试理论依据 28 3.2.2 钻孔孔壁的应力分析 28 3.3 解除法测量地应力 32 3.3.1 测量方法和仪器 32 3.3.2 测点布置原则 33 3.3.3 测试工艺 33 3.3.4 地应力测点的状况 35 3.4 解除法测量地应力数据处理 35 3.4.1 地应力解除数据 35 3.4.2 岩芯力学性质测定 35 3.4.3 地应力测量结果 37 3.5 陶二矿扩大区地应力分布规律 37 3.6 高应力对工程的影响分析 38 3.6.1 陶二扩大区巷道破坏的概况 38 3.6.2 陶二矿扩大区巷道与地应力的关系 39 3.7 地应力工程分析评价 40 3.7.1 高地应力的判别标准 40 3.7.2 软岩软化程度分类 41 3.7.3 陶二扩大区地应力评价 42 3. 8 小结 42 第 4 章 深井巷道围岩变形及破坏机理研究 44 4.1 深井巷道矿压显现观测研究 44 4.1.1 观测目的、方法及内容 44 4.1.2 巷道表面收敛观测 44 4.1.3 围岩深部位移 46 4.1.4 松动圈的测定 51 4.1.5 锚杆、锚索测力计测试 52 4.2 深井巷道围岩变形破坏机理 55 4.2.1 围压状态与岩石变形破坏 55 4.2.2 围压状态与岩体变形破坏 55 4.2.3 高水平应力软岩巷道围岩变形破坏机理 56 4.3 陶二扩大区巷道破坏情况及规律 57 万方数据 目 录 III 4. 4 小结 58 第 5 章 陶二矿扩大区工程软岩巷道锚网索联合支护技术 59 5.1 现阶段陶二扩大区支护存在的问题 59 5.2 针对扩大区巷道的特点采取的支护原则 59 5.3 新方案（关键部位耦合支护）的支护特点 60 5.4 关键部位的概念及支护控制对策 60 5.5 扩大区地质概述 61 5.6 陶二扩大区高应力软岩巷道锚网索联合支护设计 63 5.6.1 岩巷支护设计 63 5.6.2 煤巷支护设计 65 5.7 巷道二次支护时间的确定 70 5. 8 小结 71 第 6 章 深井巷道支护数值模拟研究 72 6.1 数值模拟软件 FLAC3D 72 6.1.1 FLAC3D基本介绍 72 6.1.2 FLAC3D基本方程的有限差分形式 73 6.1.3 FLAC3D本构模型基本形式 73 6.2 数值模拟模型 76 6.3 数值模拟结果及分析 77 6. 4 小结 86 第 7 章 结论及建议 88 7.1 结论 88 7. 2 建议