孔庄矿深井水泵房硐室围岩结构稳定性分析及控制技术

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本文以孔庄矿-1015水平水泵房为研究对象,采用理论分析、实验室试验、数值模拟、工业性试验和现场调研等方法,对孔庄矿-1015水平水泵房硐室围岩结构稳定性进行分析。理论分析了孔庄矿-1015水平水泵房的应力及注浆加固与围岩的平衡关系,数值分析了水泵房开挖、相邻硐室开挖、锚杆索支护、锚杆索与衬砌联合支护、注浆加固条件下硐室的结构稳定性,在原有支护基础上提出了立体式工字钢桁架加固技术与注浆加固技术,并成功应用于工程实践,得出主要研究成果如下:(1)理论分析得出孔庄矿-1015水平垂直地应力达26MPa,水平应力达17.6MPa,当量半径法分析得出水泵房硐室径向应力在硐室表面为0,随着距硐室渐远,应力逐渐升高至原岩应力,而切向应力在硐室表面具有最大值,随着距离硐室表面渐远,应力逐渐降低至原岩应力;理论分析注浆加固与围岩的平衡关系得出,在孔庄矿-1015水平主排水泵房环境下,注浆加固岩石壳的抗力达到12MPa以上才能形成平衡。(2)实测水泵房区域垂直地应力26.87MPa,接近理论值,实测水平应力30~33MPa,水泵房区域应力以构造应力为主,方向东西方向。实验测得出水泵房围岩赋存主要以泥岩、砂岩、和灰岩为主。围岩松动范围测试得出硐室围岩破碎深度达6m。(3)采用FLAC3D对比分析了水泵房开挖、距离水泵房较近的内水仓开挖、外水仓开挖下的硐室围岩的稳定性,得出,距离水泵房较近的内水仓开挖对硐室的影响较为显著,应力增幅较高,围岩变形量增幅较大,距离较远外水仓影响则较小。研究了锚杆索支护、锚杆索+衬砌联合支护条件下硐室的围岩稳定性,结果表明,单独的锚杆索支护效果较差,锚杆索+衬砌联合支护支护效果有所改善,但围岩顶底板仍有0.45m,两帮0.3m的围岩变形量。在锚杆+衬砌联合支护基础之上,分析了不同注浆范围和不同注浆加固岩石壳的强度下硐室的结构稳定性,得出随着注浆范围的逐渐增大,围岩的变形量逐渐减小,控制效果较为显著。(4)结合孔庄矿-1015水平主排水泵房围岩特点及现有状况,针对该硐室支护的特点,提出立体式工字钢桁架支护技术与注浆加固技术,并在水泵房硐室的加固中得到应用。矿压观测结果表明,硐室后期围岩变形量较小,应力增幅不大,保证了其长期稳定。
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