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基于反演理论的深部巷道支护方案优化研究

丁鹏  
【摘要】: 本文结合国家自然科学基金重大项目“深部岩体力学基础研究与应用”子课题:“深部多相多场耦合作用及其灾害发生机理与防治”,以及贵州开阳磷矿深部开采巷道支护优化方案研究,对深部岩体力学参数及地应力进行研究,并将研究成果应用于深井巷道支护方案优化研究的分析当中。 首先,对破坏的马路坪矿巷道进行了现场调查,记录各段巷道破坏的具体地段、破坏程度及破坏特征,分析巷道支护出现问题的各方面原因。 在现场采集典型岩体的岩块并加工成岩石试样,在实验室进行了岩石试样的物理力学性质分析,对矿体下盘布置巷道的页岩的应力-应变曲线做了详细分析。同时,在矿山进行现场调查,对贵州开阳磷矿产生破坏的典型巷道进行现场收敛位移观测,并对观测记录进行分析。 综合应用神经网络理论、混沌优化方法以及反演理论,通过记录的位移值反分析出了该水平面的原岩初始地应力及相关的力学参数。将反分析得出的初始地应力与用经验公式计算的地应力值进行比较,结果显示两者有显著不同,从而说明经验公式有其局限性,要在工程中针对具体情况计算出地应力。 用经验公式和工程类比方法确定马路坪矿运输巷道的支护参数,在此基础上提出对现有支护方案的改进方案。将分析出的该水平面的原岩初始地应力及相关的力学参数应用于巷道支护方案的优选研究中,用FLAC~(3D)有限差分程序对巷道原来的支护方案、改进后的一种支护方案进行比较计算,得出改进的支护方式的显著优点。每种模拟都计算了巷道开挖后围岩的应力分布、位移和变形情况。把提出的四种改进支护方案进行数值模拟比较,推荐出两个方案进行现场试验,根据现场效果并考虑支护的成本后从中可选出最优方案作为最终方案。 通过对巷道的数值模拟和计算可知,深部岩体承受较高的地应力,其支护参数的不同将会产生不同的效果。针对数值计算和现场试验各自存在的不足,把两者结合起来考虑,以选出最有利的支护方法。 本文结合具体工程开展研究。首先进行现场调查、现场监测和室内试验,再对调查和试验结果进行理论分析。针对分析结果,有针对性地提出技术解决方案以指导现场施工。本文的研究成果对工程实践有理论指导意义和工程实用价值。


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