非均匀应力场下巷道围岩变形规律及支护研究

【摘要】：随着采矿工程不断向深部发展,各种复杂的地质构造等因素影响着巷道围岩。巷道围岩的破坏变形越来越严重,为了维护巷道围岩的稳定性,保证巷道的服务年限,就要对复杂条件下巷道的变形破坏规律以及支护方案进行深入的研究。本文采用理论分析、数值模拟和现场实践相结合的方法,通过对非均匀应力场下巷道围岩的变形破坏规律进行分析,推导出非均匀应力场下圆形巷道围岩的应力场、应变场、位移场和塑性区半径的近似解析解,为巷道围岩弹塑性区的应力和位移提供一种理论解析。通过计算出来的塑性区范围的分析,得到了随着水平应力的逐渐增加,巷道塑性区范围从两帮逐渐向顶底板转移的规律。在求解围岩变形的理论解析的基础上,简要分析锚喷支护的力学性质,将围岩和支护结构通过位移与支护力的关系结合起来,为支护参数的选取提供了很好的理论解释。在数值模拟中,通过考虑不同深度、不同侧压系数、不同软化模量和支护力的影响因素来分析巷道围岩塑性区的分布情况,与理论求解进行比较,得到了很好的印证。通过理论分析和数值模拟,给出了巷道围岩的应力场和位移场的分布规律,对芦岭煤矿Ⅲ1采区石门巷道进行支护研究,提出围岩控制方法,设计了支护方案进行现场试验,结果表明支护方案有效的控制了巷道的稳定性,验证了支护方案的可行性,为矿井的安全生产奠定了坚实的基础。同时也给非均匀应力场下的巷道围岩提供了一种有效的解法,带来了一定的参考价值。