基于地应力实测的煤巷锚杆支护技术研究.pdf

中图分类号 学科分类号 垒垒Q 三地 国家自然科学基金项目资助 5 1 3 7 4 0 1 1 论文编号 密级垒五 安徽理工大学 硕士学位论文 基于地应力实测的煤巷锚杆支护技术研究 作者姓名陶窒 专业名称墨芷王程 研究方向芷出压左生蚩屋捌 导师姓名扬型 导师单位篚透皇窒全堂陵 答辩委员会主席塞羞垩 论文答辩日期2 0 1 5 年6 月6 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 5 年6 月6 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni n ．M i n i n gE n g i n e e r i n g ． 1 I l ll l lI l l lI I III l IJI Il Y 2 7 6 7 8 4 6 S t u d y o nb o l ts u p p o r tc o a lr o a d w a yb a s e do ni n - - s i t u s t r e s sm e a su r e m e n t C a n d i d a t e T a oR u i S u l“ P r o f ．Y a n gK e S u p e r v i s o r 1 - r o t S c h o o lo fM i n i n ga n dS a f e t y 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 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i m n ，2 3 2 0 0 1 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本入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 力获得 塞筮墼墨太堂一．．．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己在论文中 作了镌确的说明并表示谢意。 学位论文赭张盟吼必且上疆 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徼堡至太堂有保留、使震学位论文 的规定，即研究生在校攻读学位期阅论文工作的知识产权单位属于 塞堂堡王盍堂。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阗．本人授权窒筮壅三．太生可 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f 訇莒签字日期勾持年孑月l 鑫 导师签名 签字日期矽迄年6 月| 鑫 万方数据 摘要 摘要 本文以朱仙庄煤矿为工程背景，综合采用岩石物理力学参数测定、现场地应 力实测技术、构建岩石力学模型和数值模拟计算相结合的方法，对朱仙庄煤矿基 于地质力学评估与围岩稳定性分类的煤巷锚杆支护与控制技术进行了系统的研 究，主要研究内容及结果如下 1 ．采用空心包体应力解除法，对朱仙庄煤矿Ⅱ、Ⅲ水平进行了现场地应力实 测，通过数值模拟计算和理论分析得到了矿区南翼Ⅱ、Ⅲ水平地应力场的分布规 律。 2 ．基于现场地应力实测、实验室煤岩物理力学参数测试和现场巷道变形破坏 情况调研，对朱仙庄煤矿1 0 煤回采巷道进行了围岩地质力学评估，得到了朱仙庄 煤矿1 0 煤回采巷道围岩稳定性分类依据及标准。 3 ．根据朱仙庄煤矿1 0 煤回采巷道围岩地质力学评估结果，采用F L A C 3 D 数值 模拟计算方法主要研究了不同侧压系数下巷道围岩变形与破坏情况巷道方向与 最大水平主应力方向夹角a 的变化，对巷道围岩的应力分布、变形及塑性区半径 的影响进行了系统的分析。同时也建立了相应的力学模型分别研究分析了在不同 条件下 弹性应力状态、弹塑性应力状态 地应力对巷道围岩稳定性的影响，计 算结果表明理论力学计算与数值模拟计算结果基本一致，验证了数值模拟的可靠 性。 4 ．针对1 1 1 0 5 3 综采工作面回风巷沿空掘巷特殊的工程背景下，利用F L A C 3 D 数值模拟方法，分别模拟了回风巷在掘进期间和回采期间不同锚杆长度、间排距、 直径，在不同组合支护下巷道的变形与破坏规律，从而确定最优的锚杆支护参数。 通过现场工业性验证，1 1 1 0 5 3 工作面回风巷在掘进期间围岩变形量较小、围岩稳 定性良好，巷道围岩变形与破坏得到了很好的控制，为工作面安全、高效回采创 造了有利条件，锚杆支护系统安全可靠。 图[ 5 6 ]表[ 2 1 ]参[ 6 2 1 关键词地应力测量；围岩稳定性；数值模拟；锚杆支护技术；矿压观测 分类号T D 3 2 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 A b s t r a c t a k i n gt h eZ h u x i a n z h u a n gc o a lm i l l ea se n g i n e e r i n gb a c k g r o u n di nt h i sp a p e r , a s y s t e m a t i cs t u d yo fb o l t i n ga n dc o n t r o lt e c h n o l o g yo fc o a lr o a d w a yb a s e do n g e o l o g i c a lm e c h a n i c sa s s e s s m e n ta n ds t a b i l i t yc l a s s i f i c a t i o no fs u r r o u n d i n gr o c k si s m a d eb yt h em e t h o do fc o m b i n i n gr o c kp h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp a r a m e t e r s ，i n - s i t u s t r e s sf i e l dm e a s u r e m e n t , a n dt h ec o m b i n a t i o no f r o c km e c h a n i c sm o d e la n dn u m e r i c a l s i m u l a t i o n ．T h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r ea sf o U o w s ． F i r s t l y , t h ed i s t r i b u t i o nl a w o f i n - s i t us t r e s sf i e l da tt h eI Ia n dI I Ib v e li nt h es o u t h w i n go ft h em i n i n ga r e ai so b t a i n e db yn u m e r i c a lc a l c u l a t i o na n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s ， w h i c hi sb a s e do nt h ei n - s i t us t r e s sm g a s u r e m e n ta tt h el e v e lo ft h eHa n dI Hi n Z h u x i a n z h u a n gc o a lm i l l eu s i n gt h eh o l l o wi n c l u s i o ns t r e s s r e l i e f m e t h o d ． S e c o n d l y , c l a s s i f i c a t i o nb a s i sa n ds t a n d a r d so f s u r r o u n d i n gr o c ks t a b i l i t yi nt h e1 0 c o a lr o a d w a yi so b t a i n e db yc a r r y i n go u tt h eg e o l o g i c a lm e c h a n i c sa s s e s s m e n to f s u r r o u n d i n gr o c k ，w h i c hi s b a s e do nt h ei n - s i t us t r e s sa n dm e c h a n i c a lp a r a m e t e r s p h y s i c si nc o a l r o c kt e s t i n ga n di n v e s t i g a t i o no f t h ed e f o r m a t i o no f r o a d w a y ． T h i r d l y , a c c o r d i n gt o t h ee v a l u a t i o nr e s u l t so ft h e10c o a lm i n i n gr o a d w a y s u r r o u n d i n gr o c km e c h a n i c si nt h eZ h u x i a n z h u a n gc o a lm i l l e ，d e f o r m a t i o na n d d e s t r u c t i o no fr o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c kw i t hd i f f e r e n tl a t e r a lp r e s s u r ec o e f f i c i e n ti s m a i n l ys t u d i e du s i n gn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；T h es t r e s sd i s t r i b u t i o n , d e f o r m a t i o na n dt h e r a d i u so f t h ep l a s t i cz o n eo f t h er o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c ka r ea n a l y z e ds y s t e m a t i c a l l y w i t ht h ev a r i a t i o no ft h ea n g l eb e t w e e nt h ea x i a ll o c a t i o no fr o a d w a ya n dd i r e c t i o no f m a x i m u mh o r i z o n t a lp r i n c i p a ls t r e s s ．S i m u l t a n e o u s l y , t h ec o r r e s p o n d i n gm e c h a n i c a l m o d e li se s t a b l i s h e dt oa n a l y z et h ei n f l u e m eo fg r o u n ds t r e s so 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 ki nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s e l a s t i cs t r e s ss t a t e ，e l a s t i c - p l a s t i cs t r e s ss t a t e ． B e c a u s eo ft h er e s u l t so ft h e o r e t i c a lm e C h a n i c sc a l c u l a t i o na ss a m ea st h a to ft h e n u m e r i c a ls i m u l a t i o n , t h er e l i a b i l i t yo f t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o ni sv e r i f i e d ． F i n a U y , i nt h es p e c i a lc o n t e x to fr o a dd r i v i n ga l o n gn e x tg o a ff o rr e t u r na i r r o a d w a yo f t h eH 10 5 3f u l l ym e c h a n i z e dw o r k i n gf a c e ，u s i n gn u m e r i c a ls i m u l a t i o n , t h e o p t i m a lp a r a m e t e r so fb o l ts u p p o r ti sd e t e r m i n e db ys i m u l a t i n gt h ed e f o r m a t i o na n d f a i l u r el a wo ft h er e t u r nr o a d w a y su n d e rd i f f e r e n tc o m b i n a t i o n so fs u p p o r tt h a tc o n s i s t o fd i f f e r e n tl e n g t ho fa n c h o r s ，y o w l i n es p a c ea n dd i a m e t e r sd u r i n ge x c a v a t i n go r ．Ⅱ． 万方数据 摘要 m i n i n gr e s p e c t i v e l y ．B yt h ei n d u s t r i a lv e r i f i c a t i o ni nt h ef i e l d ，t h eH 1 0 5 3w o r k i n gf a c e r e t u r nr o a d w a yh a ss r m U e rs u r r o u n d i n gr o c kd e f o r r m t i o n , b e t t e rs u r r o u n d i n gr o c k s t a b i l i t ya n db e t t e rc o n t r o lo fd e f o r r m t i o na n dd e s t r u c t i o no fs u r r o u n d i n gr o c ki n t u n n e ld u r i n ge x c a v a t i o n ．T h e r e f o r e ，t oc r e a t ef a v o r a b l ec o n d i t i o n sf o rt h es a f ea n d e f f i c i e n tm i n i n go f t h ew o r k i n gs u r f a c e ，t h eb o l t i n gs y s t e mi ss a f ea n dr e l i a b l e ． F i g u r e [ 5 6 ] T a b l e [ 2 1 ] R e f e r e n c e [ 6 2 ] K e y W o r d s i n - s i t us t r e s sm e a s u r e m e n t ；r o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c ks t a b i l i t y ；n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ；b o l ts u p p o r tt e c h n o l o g ；p r e s s u r eo b s e r v a t i o no f m i n i n gc o a l C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 3 2 ．ⅡI ． 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 ．I V ． 万方数据 目录 目录 摘 要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I J 6 L 】j ；S T R A C T ⋯⋯．⋯．⋯．．⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯⋯．．⋯⋯．．⋯．．⋯⋯．⋯⋯⋯．．⋯⋯．．I I 1绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 研究背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 ．1 地应力测量研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 ．2 地应力对巷道稳定性影响研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．2 ．3 深井巷道支护理论及煤巷锚杆支护存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．3 研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 1 ．3 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 朱仙庄煤矿1 0 煤回采巷道围岩地质力学评估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 朱仙庄煤矿1 0 煤物理力学参数测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 ．1 煤岩样取样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．1 ．2 试验设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．1 ．3 试验过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．1 ．4 试验结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．2 朱仙庄煤矿现场地应力实测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 ．1 地应力测试过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 ．2 地应力测试结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．2 ．3 地应力分布规律及类型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 地应力对巷道围岩稳定性的试验影响分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．1 地应力对巷道围岩稳定性影响的理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．2 地应力对巷道围岩稳定性影响的数值模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．3 地应力对朱仙庄煤矿巷道变形破坏的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 3 ．4 朱仙庄煤矿1 0 煤回采巷道围岩稳定性分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 1 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 ．V ． 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 4 基于地应力测量的锚杆支护设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．1 矿井基本条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 4 ．1 ．1 1 1 1 0 5 3 工作面位置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．1 ．2 煤层及顶底板赋存情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．1 ．3 地质构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．1 ．4 巷道掘进期间的维护特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．2 支护设计的技术路线及方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 4 ．2 ．1 支护设计的技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．2 ．2 支护方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．3 锚杆支护参数设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 4 ．4 锚杆支护数值模拟研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 4 ．5 锚杆支护参数的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 4 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 5 沿空掘巷围岩稳定性控制效果观测与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．1 工作面回风巷测点布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．2 现场观测与支护效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 6 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 6 ．1 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．Ⅵ． 万方数据 目录 C o n t e n t s C h i n e s eA b s l r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I E n g l i s h A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1R e s e a r c hb a c k g r o u n da 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 u sa tl 】o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 ．1R e s e a r c hs t a t u so f i I 卜s i t us t r e s sm e a s u r e m e n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 ．2T h ei n f l u e n c eo fi n - s i t us t r e s st os t a b i l i t yo f r o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 ．3T h e p r o b l e r mo f b o l ts u p p o r t i n gi nc o a lr o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3R e s e a r c hc o n t e n t sa n dt e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．1R e s e a r c h c o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．3 ．2T e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 G e o b g i c a lm e c h a n i c se v a l u a t i o no fm i n i n gg a t e w a y ⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．．⋯⋯．⋯．⋯⋯9 2 ．1 C o a l - r o c km a s sp h y s i c a lm e c h a n i c st e s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 ．1 S a m p l i n go f c o a la n dr o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 ．2 T e s te q u i p m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 ．3T e s tp r o c e s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10 2 ．1 ．4T e s tr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．2I n - s i t us t r e s st e s ti nZ h u x i a n z h u a n gm i n ec o a l ⋯⋯．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯．．⋯⋯．⋯⋯．．．1 3 2 ．1 ．1T e s ts i t ea n ds t e p s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．1 ．2I n - s i t u s t r e s st e s tr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 2 ．1 ．3I n - s i t us t r e s sd i s t r i b u t i o nr u l ea n dt y p e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．3 C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3I n - s i t us t r e s se f f e c to 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 kt e s ta n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．1T h e o r e t i c a la n a l y s i so fi n - s i t us t r e s se f f e c tO i lt h es t a b i l i t yo f r o a d w a y ⋯⋯⋯．2 5 3 ．2I n - s i t us t r e s sn u m e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i so f t h er o a d w a ys t a b i l i t y ．．．．．．．．．．．．．．3 0 3 ．3T h ei n f l u e n c eo fi n - s i t us t r e s so f r o a d w a yd e f o r m a t i o na n dd e s t r u c t i o n ．．．．．．．．．4 0 3 ．4 s t o p es t a b i l i t yc l a s s i f i c a t i o n o f s u r r o u n d i n gr o c ko f r o a d w a y ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1 3 ．5 C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 ．ⅥI ． 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 4B a s e do ni n - s i t us t r e s st e s tr e s u l t so f c l a s s i f i c a t i o ni nr o a d w a y ．．⋯⋯．．⋯．．⋯．⋯⋯⋯．⋯．4 7 4 ．1B a s i cC O n d i t i o n so fm i n e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 ’7 4 ．1 ．1 B a s i cC O l a d i t i o n so fc o a lm i n e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 4 ．1 ．2C o a ls e a ma n dr o o f a n df l o o ro c c u r r e r l c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 7 4 ．1 ．3 G e o l o g i c a ls t r u c t u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 4 ．1 ．4 D u r i n gt h ed r i v a g eo f m a i n t e n a n c ef e a t u r e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．2 S u p p o r t i n gd e s i g n r o u t ea n ds c h e m eo f t e c h n o l o g y ．⋯．．⋯⋯．．⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯．4 9 4 ．2 ．1T h es u p p o r t i n gd e s i g no f t h et e c h n i c a lr o U t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 4 ．2 ．2 S u p p o r tp l a n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 4 ．3B o l ts u p p o r tp a r a m e t e rd e s i g n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 4 ．4 B o l t i n gn u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s e a r c h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 4 ．5T h ed e t e r m i n a t i o no f b o l t i n gp a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 4 ．6 C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 5R o a d w a yd r i v i n ga l o n gg o a fs t a b i l i t yc o n t r o le f f e c to b s e r v a t i o na n da n a l y s i s ．．．．．．．．．．5 9 5 ．1 A r r a n g e m e n to fl m a s u r i n gp o i n t si nw o r k i n gf a c e r e t u r na i rl a n e ⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 5 ．2 F i e l do b s e r v a t i o na n ds u p p o r t i n ge f f e c ta n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 5 ．3 C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 4 6C o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 6 ．1 M a i nc o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 6 ．2 P r o s p e c t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 6 R e f e r e n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 7 A c k n o w l e d g m e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 A u t h o rs y n o p s i sa n dm a i ns c i e n t i f i cr e s e a r c ha c h i e v e m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．ⅥI I ． 万方数据 第1 章绪论 1 绪论 1 ．1 研究背景及意义 地应力是指岩体内一点固有的应力，通常又称之为原岩应力或初始应力。它 是由岩体自重和地壳构造运动引起并存在于岩体中自然形成未受扰动的天然应 力，是引起地下巷道程围岩变形和破坏的根本原因，在地下或露天岩土开挖实施 过程中进行现场地应力测量，是明确煤岩物理力学性质，参与巷道围岩稳定性分 类，是实现矿井巷道合理开挖、布置与安全生产的必要前提【1 3 1 。就煤炭开采领域 来说，弄清矿区地应力的分布特征，是巷道断面形状、尺寸、方位与支护参数确 定的重要参考依据。 朱仙庄煤矿的含煤地层为石炭、二迭纪，主要为二迭纪地层，区域内地质构 造复杂，褶皱、断层发育较多，以泥岩或泥质胶结的岩层为主，岩性较差。由于 受多次造山运动的影响，存在有较大的地应力，巷道开掘后，特别是受超前支撑 压力和地应力影响的双重叠加，巷道围岩周围的围岩应力分布情况复杂，巷道变 形破坏严重，将给巷道支护带来更大的挑战。朱仙庄煤矿特别是进入Ⅱ水平以来， 巷道变形严重，表现为经常性改棚、卧底、巷道断面缩小，难以满足矿井安全生 产的要求，己严重影响了矿井的生产准备及安全生产。因此，深入研究朱仙庄煤 矿地应力分布规律和巷道围岩稳定性分类，开展Ⅱ、Ⅲ水平地应力现场测试和围 岩地质力学评估及巷道围岩失稳破坏的规律研究，并在此基础上进行煤巷锚杆支 护技术研究，具有重要的意义。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 地应力测量研究现状 在应力解除法方面，1 9 3 2 年，美国人L i e u r a c e 在胡佛水坝下面的一个隧道中采 用岩体表面应力解除法，首次成功进行了原岩应力测量，具有开创性的意义。早 在2 0 世纪5 0 年代，瑞典的H a S t 采用应力解除法和压磁应力计在矿山现场进行了大量 的地应力测量，测量结果首次揭示了地层中的水平应力明显高于垂直应力的现象 【4 】 0 在2 0 世纪6 0 年代中期以前，地应力测量基本是二维应力测量，只能测量平面 上的应力状态【5 1 。 2 0 世纪6 0 年代中后期以后，为了克服只能测量平面上的应力状态存在的缺陷， 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 更好的反映岩体中的三维应力状态，又开发研制出三维地应力测量仪器。最早的 三维地应力测量仪器是由南非科学和工业研究委员会研制的三轴孔壁应变计【6 1 。之 后为了克服三轴孔壁应变计存在的缺陷，澳大利亚联邦科学和工业研究组织岩石 力学部开发研制出C S I R O 型三轴空心包体应变计，并得到大面积推广应用。 H u b b e r t 与W i l l i s 在2 0 世纪年代最早提出采用水压致裂法测量地应力的原理【7 1 。 之后在6 0 年代，S c h e i d e g g e r 在理论与现场测试方面对水压致裂法进行了进一步的 完善和发展【引。F a i r h u r s t 等对水压致裂原理与方法也进行了深入的研究，并首次推 荐水压致裂作为一种重要的地应力测量方法【9 J 。水压致裂法有许多明显区别预其他 测量方法的优点如测量时不需要套取岩芯和测定岩石的力学参数，对测量环境 的要求比较低，适用性