高應力下巷道底鼓機理及其錨固技術研究.pdf

1、近些年，隨著我國煤炭開采逐漸走向深部，地應力相應增大，而由于巷道設計及布置過程中其深度、方位和傾角受到煤層賦存特征和礦井設計的約束，導致布置在地下巖層內的巷道處于不利的復雜圍巖應力環境之中，巷道礦壓顯現明顯，底鼓問題日趨嚴重，從而暴露出許多影響煤礦安全生產的問題，嚴重影響了礦山的安全生產。因此，研究巷道底鼓的機理、防治措施等問題，對于保障我國深部資源安全開采，提高開采作業人員安全有著重大的理論意義和實際工程應用價值。
　　論文結合

2、常村礦S6采區1?；仫L上山圍巖條件、地應力與巖石力學測試結果，通過力學理論分析、相似模擬試驗、數值模擬、現場工業試驗等方法進行了高應力下巷道底機理、防治措施等問題的研究。主要研究結論為：
　?。?）以彈塑性力學理論為基礎，運用廣義平面應變問題和統一強度理論對處于三向地應力環境下的開挖巷道圍巖體進行彈塑性破壞力學解析，推導出了三向地應力環境下巷道底板圍巖彈塑性區應力與塑性破碎范圍的方程，同時借助力學解析結論，結合常村礦區地應力原位探

3、測分析結果，運用算例對巷道底板圍巖的穩定性進行了分析，揭示了巷道自身條件、軸向主應力等對底板圍巖穩定性的影響，并計算得出了常村礦S6采區1?；仫L上山底板圍巖的塑性破碎區范圍及各應力值，為后面的底鼓治理技術研究提供了可靠的力學理論基礎；
　?。?）以矩形巷道底板錨固圍巖體為研究對象，根據力學理論中梁的有關假定建立了底板水平梁的力學分析模型，并對其在無支護及錨桿不同支護條件下進行力學解析，揭示了錨桿控制底鼓的力學機理，同時借助其力學解

4、析結論對影響巷道底鼓的諸因素進行算例分析，得知控制巷道底鼓的關鍵性問題；
　?。?）結合已獲取的現場巷道圍巖資料，以常村礦S6采區1?；仫L上山為工程背景進行相似模擬試驗，分析了巷道底板在無支護和采取底錨措施后底板圍巖應力分布和變形破壞特征，揭示了巷道產生底鼓的直接原因是由于底板在綜合應力作用下一直處于高應力狀態，且在水平應力的作用下，兩底角的圍巖體相對向巷內擠壓錯動，錯動帶與底板成35°左右，同時對無支護與采取底錨措施后的模擬結果

5、、相似模擬結果與力學理論解析結果進了行對比分析，得知采取底錨措施后底鼓量比無支護減少了近49.6％，并通過綜合分析，認為力學理論解析結果與相似模擬試驗結果基本相接近；
　?。?）提出了一種治理底鼓的混凝土反拱組合結構，同時根據力學理論及有關假定，建立了錨桿-混凝土反拱組合結構底鼓控制的力學模型，并對其進行了力學解析，揭示了其控制底鼓的力學機理，隨后借助力學解析結論，結合常村礦S6采區1?；仫L上山具體情況，運用算例分析了錨桿-混凝土

6、反拱組合結構的穩定性，并建立了錨桿-混凝土反拱組合結構穩定性條件方程；
　?。?）結合常村礦S6采區1?；仫L上山具體情況，提出了常村礦S6采區1＃上山底鼓治理對策與設計支護方案，通過對錨桿-混凝土反拱組合結構穩定性判別，證實了混凝土反拱組合結構穩定且參數設計合理，通過對支護方案數值模擬分析，認為支護結構未超過極限載荷，且底鼓量為135mm，通過現場工業試驗反饋的底錨巷道底鼓量為182～194mm，與相似模擬試驗結果（243.93m