伊犁一矿深部马头门围岩稳定性分析及修复加固技术研究.pdf

分类号分类号TD353 密密 级级公公 开开 U D C 单位代码单位代码10424 学学 位位 论论 文文 伊犁一矿深部马头门围岩稳定性伊犁一矿深部马头门围岩稳定性 分析及修复加固技术研究分析及修复加固技术研究 王来河王来河 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位 专业名称专业名称矿业工程矿业工程 指导教师姓名指导教师姓名尹尹 增增 德德 职职 称称教教 授授 刘刘 进进 晓晓 职职 称称讲讲 师师 副副指指导教师姓名导教师姓名蒋蒋 凌凌 强强 职职 称称高级工程师高级工程师 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二〇一二〇一七七年年六六月月 万方数据 论文题目论文题目 伊犁一矿深部马头门围岩稳定性分析及伊犁一矿深部马头门围岩稳定性分析及 修复加固技术研究修复加固技术研究 作者姓名作者姓名 王王 来来 河河 入学时间入学时间 2014 年年 9 月月 专业名称专业名称 矿业工程矿业工程 研究方向研究方向 矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制 指导教师指导教师 尹尹 增增 德德 职职 称称 教教 授授 刘刘 进进 晓晓 职职 称称 讲讲 师师 副指导教师副指导教师 蒋蒋 凌凌 强强 职职 称称 高级工程师高级工程师 论文提交日期论文提交日期2017 年年 4 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2017 年年 6 月月 万方数据 STUDY ON THE STABILITY ANALYSIS OF SURROUNDING ROCK AND THE REPAIR REINFORCEMENT TECHNOLOGY OF THE DEEP INGATE IN YILI NO.1 MINE A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Wang Laihe Supervisor Professor Yin Zengde College of Mining and Safety Engineering June 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，可以使用影印、缩印或扫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 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划，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，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， 论文中的观点、数据、表述和结构为我所论文中的观点、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。规定，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 摘摘 要要 随着我国浅部煤炭资源的逐渐减少，开采深度持续加大，深部井巷工程多 呈现出地质条件复杂、地应力大等特点。对于深部马头门来说，其是煤矿生产 的重要部位，具有断面设计大、应力集中严重、硐室布置较为密集、易受多次 扰动影响等特点，于是深部马头门围岩失稳现象屡有发生，严重影响着矿井的 建设工期和安全生产。针对上述存在的一系列问题，本文以新汶矿业集团伊犁 一矿深部马头门为工程背景，对深部马头门围岩失稳、矿震的发生以及修复加 固技术进行了系统地研究。 首先，对马头门附近的围岩进行了岩石物理力学特性试验和 3 煤冲击倾向 性鉴定，得出 3 煤及其围岩质量较差，属于弱胶结软岩，并具有中等偏弱冲击 危险，分析认为这些因素是 3 煤发生矿震的主要因素。据此，可为马头门变形 破坏原因分析以及后续数值模拟提供参数和方向。 其次，根据深部界定理论，对伊犁一矿深部位置进行了界定，得出伊犁矿 区三软地层上下临界深度分别为 301.4m、307m。另外以难度系数和危险系数为 依据对马头门进行深部评价，得出马头门位于下临界深度以下，属较深部工程， 因此利用传统的、常规的支护技术难以有效地控制其围岩的稳定性。在此基础 上，对马头门的破坏机理进行了初步分析。 运用 FLAC3D 数值模拟，建立了伊犁一矿马头门的数值模型，通过分析不 同断面的应力场和塑性区分布等参数，得出马头门的变形破坏特征。利用非线 性动力模块模拟了冲击载荷对马头门破坏的影响，得出了马头门的变形破坏受 井筒开挖和冲击载荷双重因素影响的重要结论。 最后，基于上述分析，提出了马头门不同区域的支护加固方案，加固方案 以围岩注浆加固锚杆（索）补强加固‖支护为主。加固效果表明加固后的围 岩结构恢复了较好的完整性，围岩内部裂隙和空洞得到有效加固，注浆效果明 显，为解决类似条件下的巷道围岩控制问题提供了新的技术方案。 关键字关键字煤矿马头门，深部，围岩稳定性，数值模拟，修复加固技术 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 II Abstract Along with the decrease of shallow coal resources and the increasing of mining depth in China, the deep roadway engineering is characterized by complicated geological conditions and high ground pressure. As deep ingate located in the throat of mine, large cross-section design, serious stress concentration, dense chamber layout and the surrounding rock repeatedly disturbed. so the phenomenon of surrounding rock of deep ingate damage occurs frequently, it seriously affects the construction period and the safety production of coal mine. n order to solve the above problems, this paper takes XinWen mining group of Yili coal mine deep ingate as engineering background, to systematically research surrounding rock stability ， rockburst occurrence and repair reinforcement technology of the deep ingate. First, the physical and mechanical characteristics experiment of the rock near ingate and the test of the burst tendency of 3 coal are carried out. it is concluded that the quality of No.3 coal and its surrounding rock is poor and belongs to soft rock. Besides No.3 coal with medium weak burst risk, is the main factor determining the occurrence of No.3 coal rockburst, According to the above analysis, it can provide the parameters and direction for the analysis of the cause of the ingate damage and the subsequent numerical simulation. Secondly, according to the deep definition theory, the deep location of Yili Mine is defined, and the upper and lower critical depths of three soft strata in Yili mining area are 301.4m and 307m. In addition, according to the difficulty coefficient and the risk coefficient, the deep of ingate is uated. It is concluded that the ingate is located below the lower critical depth, and it is a deeper project. It is difficult to effectively control the stability of its surrounding rock by traditional and conventional support technology. On this basis, the damage mechanism of the ingate was analyzed. Then, using FLAC3D simulation software to establish the surrounding rock stability analysis model of Yili coal mine ingate. By analyzing the parameters such as the stress field and the plastic zone distribution of different sections, to obtain the deation and failure characteristics of the ingate. At the same time, using the nonlinear dynamic module to simulate the influence of the shock load on ingate damage. It is concluded that the deation and damage of the ingate 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 III are affected by the shaft excavation and the impact load. Finally, on the basis of the above analysis, this paper puts forward different support schemes for the different sections of ingate, but the overall reinforcement scheme is “surrounding rock grouting reinforcement bolt cable reinforcement“ support. The results show that the surrounding rock structure after reinforcement has a good integrity, and the internal cracks and holes are effectively reinforced and the grouting effect is obvious.it provides a new technical solutions to the roadway surrounding rock control problem under similar conditions. Keywords coal mine ingate, deep, surrounding rock stability, numerical simulation, repair reinforcement technology 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 IV 目目 录录 摘摘 要要 ........................................................................................................ I 目目 录录 ..................................................................................................... IV 1 绪绪 论论 ................................................................................................... 1 1.1 课题的提出及研究意义 ...................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状 .................................................................................................. 3 1.3 研究内容和技术路线 .......................................................................................... 8 2 工程背景工程背景 ........................................................................................... 10 2.1 伊犁一矿概况 .................................................................................................... 10 2.2 伊犁一矿马头门工程概况 ................................................................................ 11 2.3 工程岩体物理力学性质测试 ............................................................................ 12 2.4 煤岩冲击倾向性分析 ........................................................................................ 18 2.5 本章小结 ............................................................................................................ 22 3 伊犁一矿马头门的深部评价及破坏机理分析伊犁一矿马头门的深部评价及破坏机理分析 .............................. 23 3.1 马头门的深部评价 ............................................................................................ 23 3.2 马头门的破坏特征 ............................................................................................ 32 3.3 马头门破坏机理分析 ........................................................................................ 34 3.4 本章小结 ............................................................................................................ 38 4 伊犁一矿深部马头门围岩稳定性数值模拟研究伊犁一矿深部马头门围岩稳定性数值模拟研究 .......................... 39 4.1 数值模拟软件简介 ............................................................................................ 39 4.2 马头门计算模型建立 ........................................................................................ 40 4.3 静力作用下深部马头门围岩稳定性数值模拟研究 ........................................ 42 4.4 深部马头门冲击扰动数值模拟研究 ................................................................ 50 4.5 本章小结 ............................................................................................................ 58 5 伊犁一矿伊犁一矿深部深部马头门修复加固技术研究马头门修复加固技术研究 ...................................... 60 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 V 5.1 围岩修复加固的依据 ........................................................................................ 60 5.2 马头门修复加固方案 ........................................................................................ 62 5.3 加固效果分析 .................................................................................................... 70 5.4 本章小结 ............................................................................................................ 74 6 结论与展望结论与展望 ....................................................................................... 75 6.1 主要结论 ............................................................................................................ 75 6.2 展望 .................................................................................................................... 76 参考文献参考文献 ................................................................................................. 77 致谢致谢 ......................................................................................................... 82 攻读硕士期间主要成果攻读硕士期间主要成果 ......................................................................... 83 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 VI Contents 1 Introduction 1 1.1 Background and Research Significance 1 1.2 Present Research Situation of Domestic and International 3 1.3 Main Research Contents and Route of Technology 8 2 Engineering Background 10 2.1 General Situation of Yili No.1 Mine 10 2.2 Brief Engineering Introduction of the Ingate 11 2.3 Test of Engineering Rock Mass Physical and Mechanical Properties 12 2.4 Burst Tendency Analysis of Coal and Rock 18 2.5 Brief Summary 22 3 Deep uation and Damage Mechanism Analysis of Yili No.1 Mine Ingate 23 3.1 Deep uation of the Ingate 23 3.2 Failure Characteristics of the Ingate 32 3.3 Damage Mechanism Analysis of the Ingate 34 3.4 Brief Summary 38 4 Numerical Simulation Study on Surrounding Rock Stability of Yili No. 1 Mine Deep Ingate 39 4.1 Brief Introduction of Numerical Simulation Software 39 4.2 Establishment of Ingate Calculation Model 40 4.3 Numerical Simulation Study on Surrounding Rock Stability of Deep Ingate Under Static Loading 42 4.4 Numerical Simulation Study on Burst Disturbance of Deep Ingate 50 4.5 Brief Summary 58 5 Study on Repair and Reinforcement Technology of Yili No.1 Mine Ingate 60 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 VII 5.1 Repair and Reinforcement Basises of the Ingate 60 5.2 Repair and Reinforcement Scheme of the Ingate 62 5.3 Reinforcement Effect Analysis 70 5.4 Brief Summary