【摘 要】
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随着煤矿开采深度和硐室断面尺寸不断增大,硐室支护难度也越来越高,硐室间的相互交岔使得围岩应力场更加复杂,导致原本浅部成功运用的支护方式不能完全适用于深部硐室。论文针对硐室围岩稳定性及控制问题,以涡北矿降温机电硐室为研究背景,综合运用了实验室试验、理论分析、数值模拟、现场监测、现场工业性试验等方法,研究了深部大断面硐室围岩稳定性影响因素、不同间距下临近硐室围岩稳定性以及降温机电硐室各位置围岩位移变形
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随着煤矿开采深度和硐室断面尺寸不断增大,硐室支护难度也越来越高,硐室间的相互交岔使得围岩应力场更加复杂,导致原本浅部成功运用的支护方式不能完全适用于深部硐室。论文针对硐室围岩稳定性及控制问题,以涡北矿降温机电硐室为研究背景,综合运用了实验室试验、理论分析、数值模拟、现场监测、现场工业性试验等方法,研究了深部大断面硐室围岩稳定性影响因素、不同间距下临近硐室围岩稳定性以及降温机电硐室各位置围岩位移变形特征,并结合现场实际,针对围岩稳定性较差区域提出了对应的围岩稳定性控制技术,主要研究成果如下:(1)研究分析了不同因素对硐室围岩位移量的影响规律,得出围岩位移量随初始应力和硐室断面尺寸的增大而增大,随围岩剪切模量、内摩擦角和支护内力的增大而减小。通过数值模拟,确定了硐室高宽比对围岩稳定性的影响,在断面尺寸一定的条件下,随着高宽比的增大,顶底板围岩位移量逐渐减小,而帮部围岩位移量逐渐增大。(2)引用单一圆形硐室的应力分布计算公式,分析了不同硐室间距对应的相互影响情况,得到了硐室间合理的间距大小。通过数值模拟研究了临近硐室间距对硐室围岩应力场和位移场分布的影响规律,确定了随着硐室间距的减小,硐室间相互影响区域逐渐由岩柱侧帮部扩展至顶底板位置。(3)分析了硐室岩柱的力学模型,确定了增大岩柱宽度和减小硐室跨度能够有效减小岩柱应力,提高岩柱的稳定性。运用数值模拟,研究了降温机电硐室中各硐室塑性区、应力场和位移场的分布特征,分析了硐室交岔点处围岩塑性区扩展深度、应力分布和位移情况,确定了随着侧压系数的增大,硐室交岔点顶底板围岩塑性区范围和深度逐渐增大,硐室两帮的垂直应力逐渐降低,帮部围岩位移量逐渐增大。(4)根据现场调研和数值模拟研究,提出降温机电硐室围岩整体采用锚网索喷配合层次注浆支护技术,设备下方的基础底板支护采用“混凝土浇筑+高强锚网索”支护技术,并通过带梁锚索进行结构补偿。通过现场观测表明,采用该支护方案能够有效保持降温机电硐室围岩稳定性。图71,表11,参考文献86篇。
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