深部软岩巷道群掘进扰动效应与控制技术研究

【摘要】：在矿区有限的井田范围内布置着数量相当多的巷道,这些巷道构成了规模巨大的巷道群。随着矿井开采深度的不断增加,在岩体自重应力与构造应力的综合作用下,巷道掘进时会对邻近既有巷道产生扰动影响,引起先掘巷道围岩变形破坏。在深部软岩巷道中,这种扰动效应更加显著。因此,研究深部软岩巷道群在掘进扰动下的变形机理与控制技术有着重要的意义。本文以安徽省淮南市朱集西煤矿深部工程为研究背景,综合运用岩体室内物理力学实验、理论分析、数值模拟与工程实践的研究方案,主要研究成果体现在以下五个方面:(1)基于岩样的室内物理力学试验以及巷道围岩松动圈测试与井下地应力测试结果,阐述了软岩巷道群的地质赋存特征,并在现场矿压监测的基础上分析了邻近巷道掘进扰动效应下巷道变形的破坏特征,基于平面应变和Mohr-Coulomb准则的围岩弹塑性应力解析式,分析了软岩巷道的变形破坏机理;基于Burgers蠕变模型分析了高应力软岩巷道的流变特性;(2)通过采用FLAC3D建立了双巷数值计算模型,先后考虑了巷道的埋深、侧压力系数、巷道的布距、巷道的断面形状等因素的影响。采用单因素分析的方法,从巷道围岩的应力场、位移场和塑性区分布方面,分析了不同参数对深部巷道受掘进扰动破坏的影响程度,并得出了一些有意义的结论;(3)基于FLAC3D从巷道群的布置方式、施工顺序、超前开挖进尺三个方面对深部巷道群稳定性进行了大量的数值模拟分析研究。针对同水平巷道群、斜水平巷道群以及错水平巷道群的布置方式进行模拟分析,得出最合理的巷道群交错水平布置方式;(4)针对交错水平布置方式进行了不同开挖顺序的计算分析,得出不同开挖顺序下的围岩应力场及位移场的运移规律;最后建立双巷模型,对不同的超前开挖距离进行了模拟,并以维持巷道围岩稳定为根据得出了最小的超前开挖进尺;(5)以朱集西煤矿西翼11煤轨道大巷为工程实例,对邻近巷道掘进扰动下支护对策进行研究,确定优化方案,通过对现场监测的数据分析,验证了方案的有效性。