新上海庙弱胶结软岩巷道底臌变形机理及控制技术研究

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西部矿区的主含煤地层中广泛存在一类特殊软岩:弱胶结软岩,这类软岩泥质含量高,遇水泥化现象严重,同时胶结差、强度低。巷道布置在这类岩层中时围岩变形破坏十分严重,底臌尤为突出,传统支护方式无法长期有效的维持巷道的稳定。  新上海一号煤矿8#煤层处于典型的弱胶结软岩地层中,本文以111082工作面皮带顺槽为工程背景,综合运用室内试验、现场实测、理论分析、数值模拟等手段,对弱胶结软岩巷道底臌变形机理进行了初步研究,找到了影响围岩巷道稳定的主要因素,针对性的提出连续抗滑桩的支护新方式,并对这种支护方式的可行性进行了论证。主要研究内容及结论如下:  (1)在室内试验中,利用X射线衍射仪、MTS电液伺服岩石试验机等仪器对巷道围岩的矿物成分、岩石物理力学性质、水理性质做了详细分析。发现该类岩石含有大量大量高岭石、伊利石以及少量蒙脱石,围岩的性质主要由高岭石和伊利石决定,尤其是伊利石,这类岩石胶结差、强度低、水的作用下易松散,软化作用显著。这是巷道围岩难以控制的根本原因。  (2)现场实测中对地应力分布、巷道收敛变形、支护结构受力等情况做了深入调查,找到了底臌变形破坏严重的直接原因。首先,巷道所处的围岩中最大主应力为水平应力,且力的方向与巷道轴向垂直,巷道围岩稳定性受水平应力影响显著;其次,巷道断面形式选择不合理,直墙半圆拱形巷道更易造成应力集中,加重了巷道围岩的破坏程度。这是巷道围岩变形破坏的直接原因。  (3)在室内试验及现场实测的基础上,通过理论分析,判断111082工作面底板破坏形式为剪切滑移型底臌,进而提出了连续抗滑桩的支护新方式,设计了抗滑桩的支护参数。最后通过数值模拟的方式,对不同支护方式及不同侧压系数下的支护效果进行模拟分析,论证连续抗滑桩对底板支护的有效性,并对新支护方案做详尽的支护设计。  本课题的研究具有很强的实用价值,不仅降低巷道支护成本,还可以实现煤矿的快速安全生产,带来巨大经济效益,而且对国内外同类软岩巷道支护具有一定的参考价值。
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