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《中南大学》 2003年
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金川二矿区深部巷道支护机理研究以及围岩稳定性的数值模拟

李宏业  
【摘要】:与国内外许多矿山相比,金川镍矿具有深、大、富、碎等特点,因而,从矿山一投产就开始了科研攻关。在巷道支护方面,尤其投入了不少物力和人力,也取得了丰硕的成果,如近些年来一直指导金川巷道施工的“先柔后刚,先让后抗”的支护原则,并在金川二矿区二期工程的建设中发挥了重要的作用。锚杆支护技术的引进以及在工程中的探索和逐步的推广使用,彻底改变了传统的支护理念,即支护就是要靠外部支架去支撑围岩的变形,形成了以强化巷道周边围岩破碎后的残余强度,提高围岩自撑能力的支护理念。 近年来,随着开采深度的逐渐增加,巷道支护的问题又越来越突出。原来使用比较普遍的锚杆支护、U型钢拱架支护以及喷射混凝土支护在1000m(埋藏深度约760m)开拓工程的施工过程中出现了严重的破坏,巷道变形速度之快、变形量之大,二矿区历史上从未有过。 巷道的支护有其最佳的支护方式、最佳的支护强度,这根据巷道所处的地质环境和人们对巷道工程本身的要求不同而不同。“先柔后刚,先让后抗”的支护原则,似乎限制了人们思想,解决巷道支护的问题就是要分两步骤支护,且选择二次支护的时间是关系到支护成败的关键。但很少提出过“先柔”要柔到什么程度,“后刚”要刚到什么程度,以及“先让”要让到什么程度,“后抗”要抗到什么程度,对支护强度的合理范围并没有过多的探究。 论文结合《金川二矿区深部巷道支护机理的研究以及围岩稳定性的数值模拟》课题,针对金川二矿区开采深度日益增加而所引起的严重的巷道支护问题,对金川二矿区地质条件以及以往的岩石力学性质的测定结果、金川二矿区深部岩体以及巷道的变形特征、巷道支护的失效形式、金川二矿区锚杆支护的支护能力以及巷道支护的机理等展开了研究,并运用ANSYS有限元软件对1150水平运输巷道的返修方案进行了模拟计算。论文的主要研究工作如下: (1)对国内外有关巷道支护的技术发展和理论研究进行了研究,包括U型钢、锚杆支护、锚索支护、喷射混凝土支护以及其它的支护方式。 (2)对金川二矿区的地质条件、地应力随深度变化的规律以及以往的关于岩体的力学特性测试的结果进行了全面的调查和研究,认为金川二矿区的岩石单体强度较高,岩体的整体强度低,且具有明显的流变性,具有软 中南大学硕十学位论文 岩的特征。. (3)对巷道围岩变形与支护阻力之间的关系进行了研究,给出了巷道支 护的最佳工作阻力围0.2一0.3MPa。分析了U型钢拱架承载能力和支护阻 力,认为钢拱架的实际支撑能力远未达到理论极限值的原因是实际支护工 作中支架受偏心载荷。对锚杆支护作用方式和支护能力的计算得出,金川 二矿一区锚杆的托板的托锚能力与锚杆的锚固能力不足而且不匹配,推导出 金川二矿区锚杆锚固力估算公式:锚杆的最大锚固力的是最大拉拔力的 75%(,并对喷射混凝土支护的变形机理等进行了研究。 (4)分析了金川二矿区深部高应力碎胀岩体的碎胀和时效性以及巷道的 变形特征,研究了巷道深部围岩的变形规律以及锚杆支护巷道支护破坏失 效形式,从而印证了锚杆支护托锚能力与锚杆粘锚能力的不足和相互的不 匹配,提出了强初撑急增阻高阻力锚杆支护是解决金川二矿区支护问题的 有效途径‘, (5)运用ANSYS超巨型有限元程序在弹塑性理论的基础上对金川.二矿区 1150水平运输巷道的几种返修方案进行了模拟计算和评价。 (6)对金川二矿区深部巷道围岩变形的基本特征形成了基本的认识,提 出围岩维护的基本原则是:在变形地压中,围岩与支护是相互影响共同作 用的共同结构体,维护的着眼点在于充分利用和发挥围岩的自撑能力上。 井给出了几点合理的巷道地压控制措施。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TD353

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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7 高全臣;翁丽娅;岳德金;谭宝峰;;巷道围岩的爆破损伤与支护对策研究[A];矿山建设工程新进展——2005全国矿山建设学术会议文集(下册)[C];2005年
8 范广勤;王越;夏建中;卢益民;罗述君;郑景明;;高地应力断层破碎区巷道围岩变形特征与支护对策[A];中国岩石力学与工程学会第三次大会论文集[C];1994年
9 张欣;刘东燕;廖心北;;土钉支护技术在砂卵石深基坑支护工程中的应用[A];新世纪岩石力学与工程的开拓和发展——中国岩石力学与工程学会第六次学术大会论文集[C];2000年
10 刘同有;;金川矿山岩石力学研究[A];第一届海峡两岸隧道与地下工程学术与技术研讨会论文集(上册)[C];1999年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报通讯员 李建东;发展的原动力[N];金昌日报;2008年
2 李建东;金川二矿区为技术人员搭建“舞台”[N];中国有色金属报;2006年
3 李建东;金川二矿区创新铺就发展路[N];中国有色金属报;2008年
4 范建峰;金川二矿区以创新促节能减排[N];中国有色金属报;2008年
5 陈刚;于润沧:有色矿山的“攀登者”[N];中国有色金属报;2007年
6 姜宁;兰大与金川携手创新获奖[N];科技日报;2006年
7 董书民;兴隆庄煤矿科技创新桃李丰[N];中国矿业报;2007年
8 谢正义 钟文第;淮北矿业矿井建设显成效[N];中国工业报(中国机电日报 );2003年
9 殷邦科 李荣惠 记者 唐先武;谁说“岩石无理论”?[N];科技日报;2002年
10 记者 鲁松 通讯员 汪彬彬;淮南矿业集团五项成果获中国煤炭科技奖[N];淮南日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马宇;金川二矿区地应力场研究与地下工程稳定性[D];中国地质科学院;2006年
2 伍毅敏;软基隧道支护机理与病害防治技术研究[D];长安大学;2008年
3 韩斌;金川二矿区充填体可靠度分析与1#矿体回采地压控制优化研究[D];中南大学;2004年
4 王丽娟;金川二矿区地下采场和采准工程力学稳定性研究[D];兰州大学;2008年
5 王炯;唐口煤矿深部岩巷恒阻大变形支护机理与应用研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
6 江文武;金川二矿区深部矿体开采效应的研究[D];中南大学;2009年
7 卢兴利;深部巷道破裂岩体块系介质模型及工程应用研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
8 肖亚宁;潞安矿区沿空巷道三维锚索支护机理及应用研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
9 马长年;金川二矿区下向分层采矿充填体力学行为及其作用的研究[D];中南大学;2011年
10 赵千里;金川矿井通风系统仿真及其应用研究[D];北京科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李宏业;金川二矿区深部巷道支护机理研究以及围岩稳定性的数值模拟[D];中南大学;2003年
2 姚裕春;高水平应力软岩巷道围岩变形机理及支护对策[D];西安科技学院;2002年
3 张鹏;金川二矿区深部地应力测量及应力状态研究[D];中国地质大学(北京);2011年
4 骆玉琦;金川二矿区围岩与充填体稳定性分析[D];昆明理工大学;2005年
5 卓国平;隧道洞口段施工技术研究和原理分析[D];西南交通大学;2003年
6 王海东;高应力松软煤层回采巷道锚网索支护研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
7 岳斌;金川镍矿充填法开采引起的岩体移动和地表变形研究[D];昆明理工大学;2005年
8 景沫;金川二矿区贫矿选矿工艺流程研究[D];昆明理工大学;2006年
9 贺发远;金川二矿区充填体质量与成本控制的研究[D];昆明理工大学;2005年
10 倪建明;淮北矿区煤巷围岩稳定性分类与支护对策研究[D];中国矿业大学;2008年
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