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高水平应力软岩巷道围岩变形机理及支护对策

姚裕春  
【摘要】: 软岩巷道支护是当今世界地下工程中一项重要而复杂的技术问题,高水平应力软岩巷道支护是一个重要分支,而目前对高水平应力软岩这一分支专门进行的研究较少,造成大量工程失败。对高水平应力软岩巷道支护进行研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。本文在分析大量的工程实测资料和现场调查的基础上,归纳了高水平应力软岩巷道的工程地质特征:巷道围岩多为碎裂结构,节理发育,岩石强度高,岩体强度和模量较低;水平应力大于自重应力;巷道底鼓严重,直墙内鼓,拱顶剪切剥落。应用FLAC程序进行了大量数值计算分析,得出了高水平应力软岩巷道变形破坏特征:变形量大;持续时间长;巷道变形与形状、尺寸、地应力、侧压系数紧密相关;巷道底鼓严重且是巷道稳定的关键。然后从理论上分析了巷道变形破坏机理:在高应力状态下,巷道开挖后,发生内应力释放和回弹,引起应力调整和变形,等效在原岩状态上叠加相应反向拉应力,工程岩体发生挠曲或结构面发生剪胀滑移变形,岩体强度降低,围岩发生体积膨胀变形;应力释放引起的回弹和应力调整引起的扩容使原岩中原本闭合的结构面张开滑移,在改变岩体应力状态和强度同时,也改变了围岩的水文地质条件,降低了岩体强度,加剧了膨胀性岩石的膨胀,从而使围岩产生较大的位移,进一步发展导致巷道失稳。通过大量数值模拟计算分析,得出了高水平应力软岩巷道支护基本对策:支护初期喷低弹模混凝土满足初期变形要求和使应力均匀分布;加强底板控制从而控制两帮围岩;地应水平增加或侧压系数增大,巷道宽度大于高度有利于巷道稳定;不同巷道形状应加强加固不同地方等。并针对常用形状巷道进行了支护对策设计,对工程具有很强的实践意义。最后通过对四川白皎煤矿的工程实践,证明了高水平应力软岩巷道变形破坏机理和支护对策的正确性。


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