大断面硐室围岩变形破坏机理及控制技术研究

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1、大断面硐室围岩变形破坏机理及控制技术研究　　大断面硐室围岩变形破坏机理及控制技术研究　　大断面硐室围岩变形破坏机理及控制技术研究1绪论1.1问题的提出及研究意义伴随着采掘、运输机械逐步大型化,巷道断面尺寸也不断加大,众多大断面、超大断面硐室应运而生。这类巷硐受断面尺寸大、地质条件差及采动应力场分布复杂等因素的影响,其围岩变形破坏机理比传统的中小断面巷硐更为特殊复杂。巷硐断面的不断扩大,给巷硐围岩变形控制带来了很多新问题。近年来,在巷硐支护工程中,锚杆支护技术被广泛应用。这种支护方式对围岩变形控制

2、效果明显、而且施工成本较低,成为处理煤层巷硐支护问题的有效方法。但传统的巷道支护方法和围岩稳定性控制理论主要是解决常规断面巷道支护的问题(传统巷道宽3.5~4.5m、高3.0-3.5m),现阶段,针对大断面巷铜支护问题的理论研究和成熟的工程实践十分有限,导致大断面支护问题,特别是复杂地质条件下的大断面支护问题尚未得到很好的解答。大断面巷道围岩稳定性研究仍处在初始探索阶段,因未能有效掌握大断面巷硐围岩变形机理及控制技术,煤矿的安全高效生产受到了极大的制约,这一问题被越来越多人们所关注。大断面巷硐在

3、掘进过程中产生了一系列严重的围岩失稳现象,常规的支护方法已无法满足其使用要求。大断面巷硐的出现是对传统围岩控制理论及支护技术的一种严峻挑战。因此,通过掌握合理的大断面巷硐围岩变形破坏规律,探索正确的大断面巷硐围岩变形破坏机理,并结合具体地质条件确定合理的巷硐支护方案便成了一个非常重要的研究课题。此课题的分析研究既能对一般条件下巷硐围岩稳定性控制问题进行解答,又能对复杂地质条件下的大断面巷硐控制技术问题进行有益的探索和完善。.......1.2研究现状刘高、聂德新[5_8]等学者在研究高应力软岩形

4、成条件、力学特征的基础上,对高应力软岩巷道围岩的变形破坏特征进行分析,同时研究了巷道围岩开挖后初始应力与二次应力的分布特点,从而揭示高应力软弱围岩的变形破坏机理。杨永刚,张海燕[9]以潘三煤矿两条沿空巷道典型试验为背景,对深井高地压沿空巷道的围岩变形机理进行研究,通过数值模拟计算方法确定了深井沿空巷道所需留设的合理煤柱宽度,并进一步提出了深井沿空巷道围岩支护原则。朱建矿物分析、水理分析及岩石的三轴试验出发,结合受采动影响巷道围岩大变形的变形、力学特征,以小官庄铁矿和安家岭二号井为工程背景,对采动

5、影响下巷道围岩大变形机理进行研究。罗超文、李海波、刘亚群等学者釆用水压制裂地应力测试方法,对某矿地应力特点进行分析研究,研究表明:岩体地应力侧压系数受围岩岩性影响较大,是影响围岩塑性破坏的重要因素。李树清、王卫军[13_16]等学者釆用数值模拟方法对深部巷道围岩的应力分布规律及围岩塑性破坏特征进行分析研究,研究表明:巷道围岩向内部发展会间隙性产生强度弱化区域,针对这一现象提出,高应力条件下的围岩存在峰后软化。.........2工程背景2.1工程概况山西猫安环保能源开发股份有限公司下属的王庄煤矿

6、是集团大型骨干矿井,原计划生产能力为每年0.9Mt,经多次扩大改建,现实际生产能力已达每年5Mt。矿井产量的逐渐提高,使得现有生产采区矿井服务年限将不超过10年,因而,现有采区与+540m水平井下拓展生产衔接问题必须尽快解决,以延续矿井的稳步局产0支架换装硐室为+540ni水平服务,主要用于起吊、组装、维护大采高支架,服务于整个+540m水平延深工程。铜室设计净断面宽X高为8500X9750mm,净断面积74.93m2,荒断面宽X高为9800X10810nim,荒断面积96rn2,支架换装硐室断

7、面尺寸示意图,如图2-1所示,属于典型的大断面硐室。硐室总长度99m,掘进工程量大,硐室围岩岩性差,支护难度大,围岩变形控制难题亟需解决。.....2.2区域地质情况2.2.1工程地质条件(1)地理位置王庄煤矿+540m水平距山西省长治市西北10km。地处猫安矿区中段王庄井田南部,二岗山北断层与安昌断层之间,地处屯留县上村乡、东李高乡境内,其地理坐标为:东经112。58'00?113。02'30,北绵36。14'00~36。19'16。(2)地质构造王庄煤矿+54

8、0水平延深开采后备区在区域向西倾斜的单斜基础上,发育了一系列的基本平行的北东向的向斜,糟曲轴均向南西倾状,地层倾角2°-4°,发现断层5条,陷落柱3个,区内主要受DF2断层及XI陷落柱影响,陷落柱无岩楽岩侵入现象,区内总体构造属简单类。王庄矿井开拓延深工程井下换装站掘进巷道,由于设计在蓄电池电机车辅助运输大巷内,根据蓄电池电机车辅助运输大巷掘进时,已揭露段显示,蓄电池电机车辅助运输大巷施工区段所揭露的岩层有细、中砂岩、泥岩、约在430m?1100m穿过3#煤层,穿过3#煤层后,再