斷層組應力分布的數值模擬及巷道組支護技術研究.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。地質條件復雜，斷層較為發(fā)育，很難構成大的塊段。礦區(qū)內的生產礦井開采深度已達500～1000m。由于過去對深部地質條件下開采技術的協(xié)調配合研究極少，深井開采引發(fā)的工程災害日趨嚴重。其中斷層是影響煤礦開采的重要地質因素之一，斷層構造造成巷道圍巖性質發(fā)生變化、頂板碎裂、支護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、成為人們日益關注的問題。綜上所述，進行準確的斷裂地質構造查明與分析，對采區(qū)布置、煤層開采以及采場支護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)根據斷層的結構特征，分析了斷層破碎帶形成的力學機制，進行了不同斷層發(fā)生前后應力分布研究以及不同斷層發(fā)生前后垂直應力與水平應力之間的比值，最后結合現(xiàn)場的斷層資料，估算得出斷層發(fā)生前后應力分布規(guī)律:正斷層形成之前，最大主應力

3、約為最小主應力的9～14倍;正斷層形成后的垂直于斷層走向的水平應力至少為斷層形成前水平應力的5～9倍，更有可能達到15～26倍。
　　 (2)通過正交與均勻試驗設計法，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力側壓系數等因素對斷層組應力場變化的影響，確定了斷層巖性為影響斷層組應力分布最大的因素。斷層組應力分布規(guī)律為:在斷層的端部容易造成應力集中，特別是斷層下端部，其應力集中程度大于斷

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

5、緊跟迎頭安裝，錨索應當在滯后迎頭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擠壓拱懸吊復合支護結構。從不同支護結構的圍巖穩(wěn)定性來看，錨桿支護和U型棚注漿聯(lián)合支護從圍巖應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)最后進行了工業(yè)性試驗，對巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律現(xiàn)場觀測，對巷道組的穩(wěn)定性做出評價。通過對巷道變形的觀測可知，頂板變形量較小，說明在支護過程中，頂板巖層的整體性得到控制，最大限