深部软岩巷道围岩稳定性分析与控制技术研究.pdf

分类号分类号TDTD353353 密密 级级公公 开开 U D CU D C 单位代码单位代码 1042410424 学学 位位 论论 文文 深部软岩巷道围岩稳定性分析与控制深部软岩巷道围岩稳定性分析与控制 技术研究技术研究 李朋朋李朋朋 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位 专业专业名名称称矿山建筑工程矿山建筑工程 指导教师姓名指导教师姓名林林 登登 阁阁 职职 称称教教 授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零一七二零一七年五月年五月 万方数据 论文题目论文题目 深部软岩巷道围岩稳定性分析与控制技术研究深部软岩巷道围岩稳定性分析与控制技术研究 作者姓名作者姓名 李李 朋朋 朋朋 入学时间入学时间 2014 年年 9 月月 专业名称专业名称 矿矿山建筑工程山建筑工程 研究方向研究方向 矿山矿山地下工程地下工程 指导教师指导教师 林林 登登 阁阁 职职 称称 教教 授授 论文提交日期论文提交日期2017 年年 5 月月 论文答辩日期论文答辩日期2017 年年 6 月月 授予学位日期授予学位日期 万方数据 STUDY ON STABILITY ANALYSIS AND CONTROL TECHNPLOGY OF SURROUNDING ROCK IN DEEP-SEATED SOFT ROCK ROADWAY A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Li Pengpeng Supervisor Professor Lin Dengge College of Civil Engineering and Architecture May 2017 万方数据 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除所列参考文献和世所公本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除所列参考文献和世所公 认的文献外，全部是本人攻读学位期间在导师指导下的研究成果。除文中已经认的文献外，全部是本人攻读学位期间在导师指导下的研究成果。除文中已经 标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研 究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 硕士生签名硕士生签名 日日 期期 万方数据 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解山东科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所本人完全了解山东科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所 撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理。撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理。 作为申请学位的条件之一，作为申请学位的条件之一，学校有权保留学位论文并向国家有关部门或其学校有权保留学位论文并向国家有关部门或其 指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文的全部或部分内容编入指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库发表，并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版；允许学有关数据库发表，并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版；允许学 校档案馆和图书馆保留学位论文的纸质版和电子版，校档案馆和图书馆保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫可以使用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文；为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆描等复制手段保存和汇编学位论文；为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆 可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内 师生阅读、浏览。师生阅读、浏览。 （保密的学位论文在解密后适用本授权）（保密的学位论文在解密后适用本授权） 硕士生签名硕士生签名 导师签名导师签名 日日 期期 日日 期期 万方数据 学位论文审查认定书学位论文审查认定书 研究生研究生 在规定的学习年限内，按照培养方案及个人培养计在规定的学习年限内，按照培养方案及个人培养计划，完成了划，完成了 课程学习，成绩合格，修满规定学分；在我的指导下完成本学位论文，论文中课程学习，成绩合格，修满规定学分；在我的指导下完成本学位论文，论文中 的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定， 同意将本论文作为申请学位论文。同意将本论文作为申请学位论文。 导师签名导师签名 日日 期期 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 I 摘要摘要 随着我国煤矿开采深度的不断增加，原岩应力和构造应力不断升高，在浅 部呈现硬岩变形破坏特征的工程岩体，进入深部后转化为高应力软岩，表现出 地压显现剧烈、高应力、变形大、松动范围广等特征，给深部软岩巷道围岩的 支护带来了巨大的困难和挑战，因此研究深部软岩巷道围岩的变形破坏特征、 破坏机理和深部软岩巷道的稳定性控制技术具有非常重要的现实意义。本文以 龙固煤矿-810 水平井底车场为工程背景，采用物理试验、现场实测、理论分析、 数值模拟以及矿压监测等技术手段，研究深部软岩巷道围岩稳定性控制技术， 取得了以下研究成果 （1）利用实验室试验和现场实测技术分析围岩的矿物组成、岩石的基本力 学参数、巷道的应力分布情况以及松动圈范围，总结了深部软岩巷道的变形规 律、变形破坏特征和变形破坏机理。 （2） 分析了不同条件下巷道围岩的变形情况以及巷道围岩注浆后形成的加 固结构，研究了其承载机理。基于弹塑性理论，计算出经锚注加固后的巷道围 岩的极限承载能力力远大于普通支护提供的极限承载力。 （3）利用数值模拟软件 FLAC3D 对巷道注浆情况进行模拟，分别改变弹 性模量、内摩擦角、黏聚力、泊松比中的一个参数，其它参数保持不变。得出 随着弹性模量、内摩擦角、黏聚力的提高，巷道围岩的收敛变形逐渐减小；而 随着泊松比的增大，巷道围岩收敛变形变化较小。只改变浆液扩散半径，注浆 以后形成的加固圈的其它参数保持不变， 当浆液扩散半径超过松动圈半径以后， 再增大浆液扩散半径，对巷道围岩的控制效果提高有限。因此为了获得更好的 经济效果，浆液扩散半径应该大于或者等于巷道围岩的松动圈半径。 （4）针对龙固煤矿深部软岩巷道变形破坏特点和工程地质状况，提出三锚 联合支护和锚注支护方案，利用 FLAC3D 模拟支护效果，验证支护方案的可行 性。制定了矿压监测方案，对巷道表面的收敛变形、锚杆和锚索受力、巷道顶 板离层进行监测，以改进和优化支护方案，并验证支护方案的可行性，为深部 软岩巷道的支护提供了一种可行性方案。 关键词关键词深部软岩巷道；变形破坏机理；巷道支护；数值模拟 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 II ABSTRACT With the increasing depth of coal mining in China, the stress and tectonic stress of the original rock are increasing continuously. In the shallow part, the engineering rock mass, which is characterized by deation and failure of hard rock, is transed into high stress soft rock after entering deep, presenting violent ground pressure, high stress, large deation, wide loose range and so on, which brings great difficulties and challenges to the support of the surrounding rock in deep soft rock roadway. Therefore, it is of great practical significance to study the deation and failure characteristics, failure mechanism and stability control technology of deep soft rock roadway in deep soft rock roadway. Based on Longgu mine shaftbottom with 810 levels, this paper studies the stability control technology of surrounding rock in deep soft rock roadway by means of physical engineering, field measurement, theoretical analysis, numerical simulation, mine pressure monitoring, and other technical s, and then makes the following achievements 1 The paper analyzes the mineral composition of the surrounding rock, the basic mechanics parameters of the rock, the stress distribution of the roadway and the range of the loosening circle by means of laboratory test and field measurement technology, and summarizes the 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 III deation law, deation and failure characteristics and deation and failure mechanism of the deep soft rock roadway. 2 The deation behavior of roadway surrounding rock under different conditions and the reinforcement structure ed after grouting in roadway are analyzed. Based on the elasto-plastic theory, it is calculated that the ultimate bearing capacity of roadway surrounding rock is much larger than that of general support. 3 The numerical simulation software FLAC3D was used to simulate the roadway grouting. Respectively, to change a parameter of the elastic modulus, internal friction angle, cohesion, Poisson ratio, the other parameters remain unchanged. It is concluded that the convergence deation of the surrounding rock is gradually reduced with the increase of elastic modulus, internal friction angle and cohesion; with the increase of the Poissons ratio, the variation of the convergence of the roadway is smaller. Only change the slurry diffusion radius, the other parameters of the reinforcement ring after grouting remain unchanged. When the radius of slurry diffusion exceeds the radius of loosening circle, with the increase of the radius of slurry diffusion, the increase of the control effect of grouting on roadway surrounding rock is limited. Therefore, in order to obtain better economic results, the slurry diffusion radius should be greater than or equal to the radius of the loose circle of the roadway. 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 IV 4 Aiming at the deation and failure characteristics and engineering geological condition of deep soft rock roadway in Longgu coal mine, three - anchor combined support and anchor - supporting scheme are proposed. FLAC3D is used to simulate the support effect and verify the feasibility of the support program. The mine pressure monitoring scheme is developed to monitor the convergence of the roadway surface, the anchor and anchor force, and the separation of the roof of the roadway to improve and optimize the support scheme and verify the feasibility of the support scheme. This paper provides a feasible scheme for the support of deep soft rock roadway. Keywords deep soft rock roadway; deation failure mechanism; roadway support; numerical simulation 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 VI 目录目录 1 1 绪论绪论 ....................................................................................................................... 1 1.1 课题的提出及研究意义 .............................................................................................. 1 1.2 国内外研究现状 ............................................................................................................ 2 1.3 本文研究内容、方法及技术路线 ............................................................................ 5 2 2 深部软岩巷道围岩的变形破坏特征与破坏机理深部软岩巷道围岩的变形破坏特征与破坏机理 ................................... 8 2.1 深部软岩巷道的基本工程地质特征 ........................................................................ 8 2.2 深部软岩巷道的变形破坏现象 ............................................................................... 13 2.3 深部软岩巷道的变形破坏特征及变形规律 ........................................................ 15 2.4 深部软岩巷道变形破坏机理 ................................................................................... 18 2.5 本章小结 ........................................................................................................................ 20 3 3 深部软岩巷道锚注深部软岩巷道锚注支护技术研究支护技术研究 ............................................................. 21 3.1 巷道围岩松动圈测试分析 ........................................................................................ 21 3.2 不同支护条件下围岩的变形情况 .......................................................................... 23 3.3 锚注加固机理 ............................................................................................................... 26 3.4 破碎围岩巷道锚注加固结构极限承载能力 ........................................................ 29 3.5 本章小结 ........................................................................................................................ 32 4 4 锚注支护锚注支护数值模拟数值模拟 ......................................................................................... 33 4.1 数值模拟软件简介 ..................................................................................................... 33 4.2 数值模型的建立 .......................................................................................................... 33 4.3 数值模拟结果分析 ..................................................................................................... 36 4.4 本章小结 ........................................................................................................................ 54 5 5 深部软岩巷道围岩稳定性控制技深部软岩巷道围岩稳定性控制技术术 ........................................................ 55 5.1 深部软岩巷道围岩支护原则 ................................................................................... 55 5.2 深部软岩巷道围岩支护技术 ................................................................................... 57 5.3 深部软岩巷道围岩支护技术方案 .......................................................................... 58 5.4 支护方案数值模拟研究 ............................................................................................ 64 5.5 矿压监测 ........................................................................................................................ 64 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 VII 5.6 本章小结 ........................................................................................................................ 71 6 6 结论与展望结论与展望 ....................................................................................................... 72 6.1 研究结论 ........................................................................................................................ 72 6.2 展望 ................................................................................................................................. 72 参考文献参考文献 ................................................................................................................. 74 攻读硕士期间主要研究成果攻读硕士期间主要研究成果 ........................................................................... 80 致谢致谢 .......................................................................................................................... 81 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 VIII Contents 1 Introduction ............................................................................................................. 1 1.1 Raising of Project and Meaning of Study .............................................................................. 1 1.2 Present Research at Home and Abroad .................................................................................. 2 1.3 Research Content and application/pdfapplication/msword; application/pdf 电子版论文出版（发布）者电子版论文出版（发布）者 电子版论文出版（发布）地电子版论文出版（发布）地 权限声明权限声明 论文总页数论文总页数* * 81 注共注共 3333 项，其中带项，其中带* *为必填数据，共为必填数据，共 2222 项。项。 万方数据