采动影响下巷道围岩变形机理及支护技术研究.pdf

◎蒸。熬．妻墨纛。杰姜 硕士 分类号T D 3 5 3 单位代码10 3 6 l 蔓．f 直巍j 文 论文题目采动影响下巷道围岩变形机理及支护 作者姓名 专业名称 剔币姓名 完成时间； 技术研究 左超 采矿工程 孟祥瑞教授 万方数据 中图分类号I 旦三5 三 学科分类号垒业三Q 2 Q 论文编号 安徽理工大学 硕士学位论文 采动影响下巷道围岩变形机理及支护技术研究 作者姓名左超 专业名称采芷工程 研究方向芷出压力皇岩层控生』 导师姓名盂搓瑞教握 导师单位塞徽理工太堂 答辩委员会主席萱丞壬 论文答辩日期2 0 1 7 年5 月2 8 日 安徽理工大学研究生院 2 0 1 7 年5 月3 0 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni nM i n i n gE n g i n e e r i n g R e s e a r c ho nF a i l u r eM e c h a n i s ma n dC o n t r o lT e c h n o l o g y o f S u r r o u n d i n gR o c k s i nD y n a m i cP r e s s u r eR o a d w a y C a n d i d a t e S u p e r v i s o r S c h o o lo fM i n i n ga n dS a f e t y Z u oC h a o P r o f ．M e n gX i a n g r u i A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，T a i f e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞筮堡三太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 ，一，‘7 学位论文作者签名垒些 日期兰丑年』月当日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徵堡王太堂有保留、使用学位论文 的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞邀理王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位 论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名声趣签字日期初1 年与月鸪日 导师签名乡釜孑夺影易 签字日期沙1 年箩月如日 万方数据 摘要 摘要 本文以芦岭煤矿I I9 2 7 工作面及．5 9 0 m 运输大巷为工程背景，采用理论分析、 实验室试验、F L A C 数值模拟及现场观测相结合的综合研究方法，对采动影响下巷 道围岩变形破坏机理及围岩控制技术进行深入研究。根据岩石力学理论和弹塑性 力学理论，建立采动影响下巷道围岩远场应力力学模型，求得底板动压巷道所受 应力与垂直距离h 、水平距离b 的关系表达式；并考虑岩石破坏准则及流动法则， 得出弹性区、塑性区的应力场、位移场及塑性区半径的解析解，研究采动影响下 巷道围岩的变形破坏机理；通过现场调研、取样和煤岩力学参数实验，建立芦岭 煤矿采动影响下巷道的数值模型，采用F L A C 3 D 数值软件，分别模拟工作面煤层不 同采厚、不同留煤柱宽度和不同断面形状的巷道在上覆工作面回采时对下巷道围 岩稳定性的影响，得出采动影响下巷道围岩的变形破坏特征；论述了锚杆、锚索 作用机理以及锚注与围岩共同承载作用机理，结合．5 9 0 m 运输大巷围岩变形破坏 特点，提出“锚网喷 锚索 注浆”联合支护方案，并进行数值仿真模拟分析，最 终将该成果应用于．5 9 0 m 运输大巷进行工程实践。现场观测数据说明设计的支护 方案比较合理，支护效果良好。 1 訇[ 5 4 】表[ 3 】参[ 6 8 ] 关键词采动影响；变形机理；数值模拟；支护设计 分类号T D 3 5 3 万方数据 摘要 一 A b s t r a c t T a k i n gI I9 2 7w o r k i n gf a c ea n d ．5 9 0 mt r a n s p o r tt u n n e li nL U L i n gC o a lM i n ea s e n g i n e e r i n gb a c k g r o u n d ，i nt h i sp a p e r ，a ni n d e p t hs t u d y o nt h ed e f o r m a t i o nm e c h a n i s m a n ds u p p o r t i n gt e c h n o l o g yo fs u r r o u n d i n gr o c ki nd y n a m i cp r e s s u r er o a d w a yw i t h c o m p r e h e n s i v er e s e a r c hm e t h o d ss u c h a st h e o r e t i c a la n a l y s i s ，l a b o r a t o r yt e s t ，F L A C n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n df i e l do b s e r v a t i o n ．B a s e do nr o c km e c h a n i c st h e o r y a n d e l a s t i c ．p l a s t i cm e c h a n i c st h e o r y ，af a rf i e l ds t r e s sm o d e lo fs u r r o u n d i n gr o c ki nd y n a m i c p r e s s u r er o a d w a yi sd e v e l o p e d ，t h ea n a l y t i c a le x p r e s s i o n so f t h es t r e s so ff l o o rd y n a m i c p r e s s u r er o a d w a ya n dv e r t i c a ld i s t a n c eha n dh o r i z o n t a ld i s t a n c eba r eo b t a i n e d ．A n d c o n s i d e r i n gr o c kf a i l u r ec r i t e r i o na n d f l o wr u l e ，t h ea n a l y t i c a le x p r e s s i o n so fs t r e s sf i e l d a n dd i s p l a c e m e n tf i e l di nt h ee l a s t i cz o n ea n dp l a s t i cz o n ea n dt h er a d i u so fp l a s t i cz o n e w e r eo b t a i n e d ．t or e s e a r c ht h ed e f o r m a t i o nm e c h a n i s mo fs u r r o u n d i n gr o c ki nd y n a m i c p r e s s u r er o a d w a y ．A f t e rf i e l dr e s e a r c h ，l a b o r a t o r ys a m p l i n ga n dl a bm e a s u r e m e n to f r o c km e c h a n i c sp a r a m e t e r s ，an u m e r i c a lm o d e lo fr o a d w a yi nd y n a m i cp r e s s u r eo f L U - L i n gC o a lM i n ew a sc o n s t r u c t e d ．B ys i m u l a t i n g d i f f e r e n tm i n i n gt h i c k n e s s ， d i f f e r e n tp r o t e c t i o nc o a lp i l l a rw i d t ha n dd i f f e r e n t c r o s ss e c t i o n s h a p e w i t h F L A C 3 Ds o f t w a r e ，t h ei m p a c to fw h e nw o r k i n gf a c em i n i n go nt h es t a b i l i t yo f s u r r o u n d i n gr o c ko fr o a d w a yC a nb el e a r n e d ．A n di ti sc o n c l u d e dt h a tt h ed e f o r m a t i o n a n df a i l u r ec h a r a c t e r i s t i c so fs u r r o u n d i n gr o c ki nd y n a m i cp r e s s u r er o a d w a y ．A n dt h e n ， t h ep a p e rd i s c u s s e dt h em e c h a n i s mo fb o l ta n dc a b l ea n dt h eb o l t - g r o u t i n ga n d s u r r o u n d i n gr o c kj o i n t l yc a r r y i n gm e c h a n i s m ，a n dc o m b i n i n gw i t ht h ed e f o r m a t i o na n d f a i l u r ec h a r a c t e r i s t i c so f - 5 9 0 mt r a n s p o r tt u n n e l ，p u t t i n gf o r w a r dt h e ’’A n c h o rn e ts p r a y A n c h o rc a b l e G r o u t i n g ”c o m b i n e ds u p p o r ts c h e m e ，a n dc a r r y i n go u tt h en u m e r i c a l s i m u l a t i o na n a l y s i s , a n dt h e na p p l i e dt h ea c h i e v e m e n t st o - 5 9 0 mt r a n s p o r tt u n n e lf o r e n g i n e e r i n gp r a c t i c e ．A f t e ral o n g - t e r mf i e l do b s e r v a t i o no fu n d e r g r o u n dp r e s s u r e ，t h e s u p p o r t i n gd e s i g ng o tag o o dr e s u l t ． F i g [ 5 4 】t a b l e [ 3 】r e f e r e n c e [ 6 8 】 K e y w o r d s m i n i n gi n f l u e n c e ；d e f o r m a t i o nm e c h a n i s m ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；s u p p o r t i n g d e s i g n I I 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I I 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 问题的提出和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 ．1 巷道围岩变形破坏机理研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 ．2 巷道围岩变形控制研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 ．3 项目的研究内容及方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．3 ．1 主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．3 ．2 项目研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 2 采动影响下巷道围岩变形机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 地质概况及围岩力学参数测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．1 ．1I I9 2 7 综放工作面概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 ．2 ．5 9 0 m 运输大巷工程概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．1 ．3 围岩力学参数测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。9 2 ．2 巷道破坏现状及影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 l 2 ．2 ．1 巷道破坏现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l1 2 ．2 ．2 ．5 9 0 m 运输大巷破坏影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．3 采动影响下巷道围岩变形机理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 ．1 采动影响下巷道围岩的远场应力分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 ．2 采动影响下巷道围岩变形机理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17 2 ．3 ．3 采动影响下巷道围岩失稳破坏过程分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 采动影响下巷道围岩变形数值模拟研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 3 ．1F L A C 3 D 求解方法及基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．1 ．1 求解方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．1 ．2 基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．2 数值模型建立及试验方案确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 3 ．2 ．1 数值模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 l 3 ．2 ．2 试验方案的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 3 ．3 数值模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 3 ．3 ．1 不同采厚对巷道围岩稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 3 ．3 ．2 不同留煤柱宽度对巷道围岩稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 1 1 I 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 3 ．3 ．3 不同巷道形状对巷道围岩稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4 采动影响下巷道围岩支护技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 4 ．1 巷道围岩支护原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 4 ．2 采动影响下巷道支护机理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 4 ．2 ．1 支护与围岩作用机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 4 ．2 ．2 锚杆、锚索作用机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 4 ．2 ．3 网喷支护及注浆加固机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 4 ．3 ．5 9 0 M 运输大巷支护方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 4 ．4 支护方案模拟效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 4 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 5 工程实践⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 5 ．1 巷道观测方法及原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 5 ．2 现场观测数据及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 5 ．2 ．1 巷道表面位移观测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 5 ．2 ．2 巷道深部位移观测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 l 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 3 6 ．1 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 4 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 5 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 9 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 0 I V 万方数据 目录 一_ 一- l l _ ●- I _ l - _ - _ l ●I _ _ - - l - I _ - _ l - _ l _ - - - - ●●l - - - 一 Co n t e n t s A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I I lI n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1Q u e s t i o n sT i o n sa n dS i g n i f i c a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2T h er e s e a r c hs t a t ea tp r e s e n ti ni n t e m a la n do v e r s e a s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 ．1R e s e a r c hs t a t u so fr o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c kd e f o r m a t i o na n df a i l u r e m e c h a n i s m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 ．2R e s e a r c hs t a t u so f r o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c kd e f o r m a t i o nc o n t r o l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3R e s e a r c hC o n t e n t sa n dM e t h o d s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 ．1M a i nR e s e a r c hC o n t e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．；．2R e s e a r c hM e t h o d s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2R e s e a r c ho nF a i l u r eM e c h a n i s mo fS u r r o u n d i n gR o c ki nD y n a m i cP r e s s u r eR o a d w a y ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．1G e o l o g i c a ls u r v e ya n ds u r r o u n d i n gr o c km e c h a n i c a lp a r a m e t e r st e s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 ．1O v e r v i e wo f1 1 9 2 7f u l l - m e c h a n i z e dc a v i n gm i n i n gf a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 ．2O v e r v i e wo f - 5 9 0 m t r a n s p o r tt u n n e l ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 ．1 ．3n l em e c h a n i c a lp a r a m e t e r so f s u r r o u n d i n gr o c kt e s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2n l ep r e s e n ts i t u a t i o no ft h ed e s t r u c t i o no fr o a d w a ya n di t si n f l u e n t i a lf a c t o r s a n a l y s i s ⋯⋯⋯。⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．11 2 ．2 ．11 1 1 ep r e s e n ts i t u a t i o no f t h ed e s t r u c t i o no f r o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2 ．21 1 1 ei n f l u e n t i a lf a c t o r so f 一5 9 0 mt r a n s p o r tt u n n e l ’Sd e s t r u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．3A n a l y s i so ff a i l u r em e c h a n i s mo f s u r r o u n d i n gr o c ki nd y n a m i cp r e s s u r er o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．3 ．11 1 1 ef a rf i e l ds t r e s sd i s t r i b u t i o no fs u r r o u n d i n gr o c ki nd y n a m i c p r e s s u r e r o a d w a y ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯．1 3 2 ．3 ．2A n a l y s i so ff a i l u r em e c h a n i s mo fs u r r o u n d i n gr o c ki nd y n a m i cp r e s s u r e r o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．17 2 ．3 ．3T h eu n s t a b l ea n gf a i l u r ep r o c e s ss u r r o u n d i n gr o c ki nd y n a m i cp r e s s u r e r o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．2 6 2 ．4S u m m a r y ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3N u m e r i c a ls i m u l a t i o ns t u d yo nf a i l u r em e c h a n i s mo fs u r r o u n d i n gr o c ki nd y n a m i c p r e s s u r er o a d w a y ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．2 9 3 ．11 1 1 eS o l v i n gm e t h o da n db a s i cp r i n c i p l eo f F L A C3 D ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．1 ．1n l eS o l v i n gm e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．1 ．21 1 1 eb a s i cp r i n c i p l e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 V 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 3 ．2E s t a b l i s h m e n to f n u m e r i c a lm o d e la n dd e t e r m i n a t i o no f t e s tp r o g r a m ⋯⋯⋯．⋯⋯．3 1 3 ．2 ．1T h es t a b l i s h m e n to f n u m e r i c a lm o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 3 ．2 ．2T h ed e t e r m i n a t i o no f t e s tp r o g r a m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 3 ．3 ．A n a l y s i so f n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 4 3 ．3 ．1T h ei n f l u e n c eo f d i f f e r e n tm i n i n gt h i c k n e s st ot h es t a b i l i t yo f r o a d w a y s u r r o u n d i n gr o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 3 ．3 ．2T h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tp r o t e c t i o nc o a lp i l l a rw i d t ht ot h es t a b i l i t yo f r o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 3 ．3 ．3T h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tc r o s ss e c t i o ns h a p eo fr o a d w a yt ot h et a b i l i t yo f r o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 3 ．4S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4S t u d yo ns u p p o r t i n gt e c h n o l o g yo fs u r r o u n d i n gr o c ki nd y n a m i cp r e s s u r er o a d w a y ．．5 7 4 ．1S u p p o r t i n gp r i n c i p l eo fr o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”5 7 4 ．2A n a l y s i so fs u p p o r tm e c h a n i s mo fs u r r o u n d i n gr o c ki nd y n a m i cp r e s s u r er o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 4 ．2 ．1M e c h a n i s mo fs u p p o r ta n ds u r r o u n d i n gr o c k ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 4 ．2 ．2M e c h a n i s mo f b o l ta n dc a b l e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 4 ．2 ．3M e c h a n i s mo f m e s hs h o t c r e t es u p p o r ta n dg r o u t i n gi n f o r c e m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 4 ．3T h es u p p o r t i n gd e s i g ns c h e m eo f - 5 9 0 mt r a n s p o r tt u n n e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 4 ．4A n a l y s i so ft h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t sa b o u ts u p p o r t i n gs c h e m e s ⋯⋯⋯⋯．．6 2 4 ．5S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 5E n g i n e e r i n gP r a c t i c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 5 ．1T h em o n i t o r i n gm e t h o da n dp r i n c i p l eo f r o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 5 ．2F i e l do b s e r v a t i o nd a t aa n da n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 5 ．2 ．1O b s e r v a t i o nr e s u l t so f r o a d w a ys u r f a c ed i s p l a c e m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 5 ．2 ．2O b s e r v a t i o nr e s u l t so f r o a d w a yd e e pd i s p l a c e m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 5 ．3S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 6C o n c l u s i o n sa n dP r o s p e c t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 3 6 ．1M a i nC o n c l u s i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 6 ．2O u t l o o k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 4 R e f e r e n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 5 A c k n o w l e d g e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 9 A u t h o rB r i e fI n t r o d u c t i o na n dP a r t i c i p a n tS c i e n c eR e s e a r c hD u r i n gW o r k i n go nM a s t e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。8 0 V 1 万方数据 1 绪论 1 绪论 1 ．1 问题的提出和意义 我国的能源结构特点表现为“富煤、贫油、少气”。能源作为我国经济发展 的动力，在较长一段时间内，我国能源消费的7 0 ％仍需要依靠煤炭，煤炭资源作 为主要开采和消费能源的现状不会改变。我国煤炭资源丰富，井工开采作为主要 开采方式，巷道则成为生产的关键步骤，巷道掘进量累计达3 万公里。生产中采 动会对7 5 ％左右的巷道带来影响，采动影响使巷道底鼓、片帮、离层、冒顶，巷 道围岩变形大，支护难度大，直接影响煤矿安全生产【M 】。因此，加强对采动影响 巷道围岩支护与控制的研究，控制围岩变形，减少巷道返修次数，对煤矿安全高 效生产具有重要的实践意义。 作为一次能源，煤炭资源在安全开采的同时，要最大限度的提高回采率，并 保证在国家规定的煤炭产能范围内进行绿色开采，积极响应国家能源战略。合理 减小保护煤柱尺寸或卸压开采的方法可提高煤炭回采率，但是由此却增大了采动 影响下巷道的数目。煤矿生产需加强巷道岩层控制，而巷道围岩的地质条件、力 学性质、应力状态及支护方式是巷道稳定的决定性因素【引。 淮北矿业集团芦岭煤矿I I9 2 7 综放工作面，煤层厚度大、强度低，与其下覆 - 5 9 0 m 运输大巷垂距为4 0 ．7 0 m ，水平错距为1 5 ．6 0 m ，．5 9 0 m 运输大巷由于受到上 覆1 1 9 2 7 工作面采动的影响，巷道围岩变形量大，破碎严重，对．5 9 0 m 大巷进行多 次刷帮、卧底，巷道稳定性较差。多年来一直坚持支护改革，多次尝试锚杆支护 技术应用的研究，虽取得一定的成效，但总体支护效果并不理想。故针对芦岭煤 矿具体的工程地质条件，提出本文的研究课题，对于芦岭煤矿的安全、科学的生 产具有重大意义，同时对类似工程条件下的巷道控制提供理论和实践借鉴意义。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 巷道围岩