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深井软岩巷道连续“双壳”围岩应力分布特征研究

发布时间:2018-02-16 18:40

  本文关键词: 软岩巷道 双壳 支护强度 塑性区 数值模拟 出处:《河北工程大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:我国近几十年煤炭需求量不断增加,浅部煤炭资源逐渐枯竭。越来越多的浅部矿井向深部延伸,新建矿井大多数都为深部矿井。巷道开挖与支护是煤矿生产的首要任务,巷道受地应力和构造应力影响,在浅部表现为坚硬岩石,在深部则表现出工程软岩特性,巷道变形破坏量增大,传统的支护方法难以达到支护效果,后期维护费用高,需要新的支护理论和支护技术。本文研究主要基于连续“双壳”支护理论,针对深井软岩巷道支护面临的问题,提出针对性的支护方案。本文编写初期阅读大量参考文献,主要采用理论分析、现场调研、相似模拟、数值模拟实验和工业性试验研究方法,对深井软岩巷道连续“双壳”围岩应力分布特征研究。本文的研究内容和结论如下:(1)系统描述了软岩定义,软岩特性及力学属性,分析了巷道变形破坏机理,对陶二煤矿回风巷变形破坏特征和变形破坏影响因素做了全面分析。(2)运用数值模拟软件模拟出不同埋深下巷道围岩变形规律、应力状态和塑性区分布规律,总结得出随着埋深的增加巷道围岩移近量大,破碎范围广,围岩不能控制,巷道集中压力区更加明显,根据模拟结果可知增大围岩破碎区的强度有利于降低围岩应力集中区,让应力向深部转移。(3)相似模拟实验模拟不同侧压系数(λ=1、1.5、2)下巷道变形和应力分布特征,证明巷道围岩应力在变形过程中向深部转移,在深部壳体的支撑作用下,浅部壳体应力得到释放,深部围岩成为主要承载区。侧压系数为1时连续“双壳”支护和“单壳”支护巷道效果相差不大,但是随着侧压系数的增大,支护效果发生变化。(4)概述了连续“双壳”支护概念与机理,运用力学公式分别对“单壳”、连续“双壳”和非连续“双壳”支护进行弹塑性分析。推导出巷道围岩塑性区和弹性区应力位移和塑性区范围,提出支护半径的概念。(5)依据深井软岩巷道连续“双壳”支护理论与技术,确定陶二煤矿新南总回风巷围岩控制方案与参数,并实施工业性试验。通过现场应用表明,修复前巷道矿压显现剧烈,顶板、侧帮和底板破坏严重;修复之后,巷道的围岩保持完整稳定。
[Abstract]:In recent decades, the demand for coal in China has been increasing, and the shallow coal resources have been gradually exhausted. More and more shallow coal mines extend into the deep, and most of the new mines are deep mines. The excavation and support of roadway is the primary task of coal mine production. Under the influence of ground stress and tectonic stress, roadway is hard rock in shallow and soft rock in deep. The deformation and damage of roadway increase, the traditional support method is difficult to achieve support effect, and the later maintenance cost is high. New supporting theory and supporting technology are needed. This paper mainly studies on the theory of continuous "double shell" support, and puts forward a targeted support scheme in view of the problems faced by the roadway support in deep and soft rock. In the beginning of this paper, a large number of references are read. It mainly adopts theoretical analysis, field investigation, similar simulation, numerical simulation experiment and industrial test research method. The stress distribution characteristics of continuous "double shell" surrounding rock in deep well soft rock roadway are studied. The research contents and conclusions are as follows: 1) the definition of soft rock, the characteristics and mechanical properties of soft rock are systematically described, and the mechanism of roadway deformation and failure is analyzed. This paper makes a comprehensive analysis on the deformation failure characteristics of return air roadway and the influencing factors of deformation failure in Taoer coal mine. It uses numerical simulation software to simulate the surrounding rock deformation law, stress state and plastic zone distribution law of roadway under different buried depth. It is concluded that with the increase of buried depth, the surrounding rock of roadway is large, the broken area is wide, the surrounding rock can not be controlled, and the concentrated pressure zone of roadway is more obvious. According to the simulation results, it can be concluded that increasing the strength of surrounding rock fracture zone is beneficial to reduce the stress concentration zone of surrounding rock. The similar simulation experiment simulates the characteristics of roadway deformation and stress distribution under different lateral pressure coefficients (位 ~ (1 / 1) / 1. 5 ~ (2)). It is proved that the stress of surrounding rock of roadway is transferred to deep in the process of deformation, which is supported by deep shell. The stress of shallow shell is released, and the deep surrounding rock becomes the main bearing area. The side pressure coefficient is 1:00 continuous "double shell" support and "single shell" support roadway, but with the increase of lateral pressure coefficient, The concept and mechanism of continuous "double shell" support are summarized. The elastoplastic analysis of "single shell", continuous "double shell" and discontinuous "double shell" support is carried out by using mechanical formulas, and the range of stress displacement and plastic zone in surrounding rock of roadway is deduced. According to the theory and technology of continuous "double shell" support of soft rock roadway in deep well, the control scheme and parameters of surrounding rock in Xinnan main return air roadway of Tao-er coal mine are determined, and the industrial test is carried out. Before repairing, the rock pressure of roadway appears violent, the roof, side side and floor are destroyed seriously, and after repairing, the surrounding rock of roadway remains intact and stable.
【学位授予单位】:河北工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TD353

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本文编号:1516180

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