斷層組應(yīng)力分布的數(shù)值模擬及巷道組支護(hù)技術(shù)研究.pdf

1、淮北礦區(qū)地處我國東部煤礦集中帶的黃淮平原地區(qū)，具有新生界覆蓋層厚、煤層埋藏深、基底為奧陶系承壓水等特點(diǎn)。地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層較為發(fā)育，很難構(gòu)成大的塊段。礦區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)礦井開采深度已達(dá)500～1000m。由于過去對(duì)深部地質(zhì)條件下開采技術(shù)的協(xié)調(diào)配合研究極少，深井開采引發(fā)的工程災(zāi)害日趨嚴(yán)重。其中斷層是影響煤礦開采的重要地質(zhì)因素之一，斷層構(gòu)造造成巷道圍巖性質(zhì)發(fā)生變化、頂板碎裂、支護(hù)困難以及斷層突水等問題。因此，如何快速安全地使巷道穿過大斷層破碎帶，

2、成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。綜上所述，進(jìn)行準(zhǔn)確的斷裂地質(zhì)構(gòu)造查明與分析，對(duì)采區(qū)布置、煤層開采以及采場支護(hù)等起著決定性的作用。本論文以淮北袁店二礦大斷面巷道組過斷層組為工程背景，系統(tǒng)的開展了以下研究工作:
　　 (1)根據(jù)斷層的結(jié)構(gòu)特征，分析了斷層破碎帶形成的力學(xué)機(jī)制，進(jìn)行了不同斷層發(fā)生前后應(yīng)力分布研究以及不同斷層發(fā)生前后垂直應(yīng)力與水平應(yīng)力之間的比值，最后結(jié)合現(xiàn)場的斷層資料，估算得出斷層發(fā)生前后應(yīng)力分布規(guī)律:正斷層形成之前，最大主應(yīng)力

3、約為最小主應(yīng)力的9～14倍;正斷層形成后的垂直于斷層走向的水平應(yīng)力至少為斷層形成前水平應(yīng)力的5～9倍，更有可能達(dá)到15～26倍。
　　 (2)通過正交與均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，利用FLAC3D軟件模擬研究軟件模擬研究不同的斷層傾角、斷層組厚度、斷層彈性模量和地應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)等因素對(duì)斷層組應(yīng)力場變化的影響，確定了斷層巖性為影響斷層組應(yīng)力分布最大的因素。斷層組應(yīng)力分布規(guī)律為:在斷層的端部容易造成應(yīng)力集中，特別是斷層下端部，其應(yīng)力集中程度大于斷

4、層上端部，遠(yuǎn)大于斷層內(nèi)部。在斷層內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力下降的趨勢，越靠近斷層上、下盤附近主應(yīng)力差值較大。因此，巷道在過斷層時(shí)，應(yīng)特別重視斷層兩盤附近。最后根據(jù)正交與回歸分析得到了最大主應(yīng)力差值分布回歸方程式。
　　 (3)通過分析巷道圍巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律及破裂范圍，為控制巷道變形提供了理論依據(jù);最后進(jìn)行了巷道組過斷層組時(shí)的圍巖地應(yīng)力特征以及巷道的破壞規(guī)律的數(shù)值模擬研究，為選擇合理巷道支護(hù)形式提供了依據(jù)。模擬分析得出結(jié)論:采用錨桿錨索支護(hù)時(shí)，錨桿應(yīng)

5、緊跟迎頭安裝，錨索應(yīng)當(dāng)在滯后迎頭10m左右才能有效地控制硐室圍巖的初期變形，從而形成以錨桿擠壓拱和錨索對(duì)擠壓拱懸吊復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。從不同支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍巖穩(wěn)定性來看，錨桿支護(hù)和U型棚注漿聯(lián)合支護(hù)從圍巖應(yīng)力分布特征和位移分布規(guī)律都能有效地控制圍巖變形和破壞。
　　 (4)最后進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，對(duì)巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律現(xiàn)場觀測，對(duì)巷道組的穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)。通過對(duì)巷道變形的觀測可知，頂板變形量較小，說明在支護(hù)過程中，頂板巖層的整體性得到控制，最大限