详细科学技术内容

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1、详细科学技术内容1技术原理根据课题的研究内容与特点，对本课题的研究采用了如下技术路线：1.选择具有代表性的深井巷道，进行地应力量测和围岩变形特性量测，包括围岩深部位移和松动圈范围的量测；2.进行深部岩石的力学性能指标测定，掌握深部岩石的力学特性，建立深部岩石的本构关系，为数值模拟提供基础参数；3.通过现场实测，分析深部锚注工艺及其参数取值，提出优化方法；4.利用FLAC3D软件平台进行二次开发，并进行深井巷道围岩变形的数值分析，实现平面和三维条件下的深井巷道的数值模拟。5.通过理论分析、现场实测和数值模拟，进行巷道围岩变形与支架共同作用分析，提出深井巷道的合理支护方式。2技术方案(1)通过岩体

2、室内单轴、三轴力学性能试验，获得了深部岩体的强度、泊松比、凝聚力及内摩擦角等力学指标，同时建立了卸荷条件下裂隙岩体弹黏塑本构模型，并在此模型基础上对深埋巷道围岩的变形进行了数值模拟，结果表明：考虑岩体流变特性的巷道围岩变形量大约是弹塑性分析结果的1～3倍。(2)利用FLAC3D二次开发技术，模拟研究了岩层层理、水平地应力系数和巷道断面尺寸、注浆效果等因素对深埋巷道围岩变形特性及其塑性区的影响，结果表明水平地应力系数、岩层层理及巷道断面尺寸对巷道底臌及塑性区扩展深度影响显著，而注浆则可以显著的改善巷道围岩的收敛变形和塑性区扩展深度，注浆前后对比发现围岩变形及塑性区深度可减小2～3倍。(3)建立了

3、深埋巷道围岩位移智能反分析系统，对深部岩石力学参数进行有效的反演并根据实测巷道围岩变形特征获得了望峰岗矿井水平地应力系数在0.85～0.95之间，这和实测结果几乎完全一致。(4)在全面分析区域地质构造特征的前提下，获得淮南矿区构造应力场总体呈最大主应力方向近似为NWW方向(270°～315°之间)，最小主应力则为竖直向的自重应力，中间主应力方向则近似为NNE方向(0°～45°之间)的分布规律。同时结合望峰岗矿井实际揭露的构造迹线特征，采用节理玫瑰花图的方法获得了望峰岗煤矿-960m水平构造地应力场的分布规律为最大主应力方向竖直、最小主应力为NNE方向（0°～45°之间）、中间主应力为NWW方向

4、（270°～315°之间），认为由于南北向控制断层得影响，使得该矿井井田范围内的构造应力场主应力方向与区域构造原始地应力场的主应力方向略有不同。并采用套筒致裂方法现场量测了望峰岗矿井-960m水平砂岩中的主应力大小和方向。(5)采用收敛计、多点位移计、锚杆拉力计等多种手段对深埋巷道围岩变形特性和支架受力进行测试，并利用全景数字化钻孔成像技术和深埋巷道围岩位移进行量测，获得如下认识：在巷道围岩表面早期收敛速率较大，平均达到5mm/d，经过30天以后，收敛速率逐渐减小为0.2～0.5mm/d；巷道围岩内部出现二个破裂区，范围分别为1.5m～2.0m和3.0m～4.0m，最大破裂区开裂宽度约为0.6

5、m；锚杆和锚索的工作压力普遍较小，最大为150kN左右。(6)提出深埋巷道围岩多次破裂的形成机制，提出了复合岩体梁稳定分析方法，并应用于深埋巷道直墙部分围岩稳定分析，指出淮南矿区岩石巷道围岩稳定控制的关键是保证深埋巷道底板的稳定；并在理论分析的基础上，针对锚喷支护结构建议适当减少锚杆长度至2.0m左右，而将拱顶部分锚杆密度增加至600×600mm并结合全断面注浆的支护方法。(7)基于人工神经网络建立淮南矿区深埋巷道支护方法及其参数优化的专家系统，并对淮南矿区深埋巷道围岩常见的三种煤系地层及巷道跨度下的支护方式和参数进行预测分析，并给出了建议支护方法及参数。3课题研究效果分析通过课题的研究获得了

6、明显的社会和经济效益，以淮南矿业集团谢一矿望峰岗井为例：（1）由于在原支护设计方案下，巷道的支护效果不理想，围岩变形很大，部分巷道底鼓严重，巷道稳定性很差，巷道平均1-2月要进行返修一次。采用改进后的支护方案和参数进行巷道施工后，巷道返修率明显减少，以返修1m费用1万元来计算，望峰岗井区深井巷道总长度达1000m以上，减少巷道施工直接成本1000万余元。（2）每米巷道可节省0.3天时间，望峰岗井区所有巷道可节约30天，望峰岗井设计生产能力300万吨/年，可提前出煤25万吨，即能早日创收20万吨×360元/吨＝9000万元。本课题的研究成果在淮南矿业集团谢一矿望峰岗井取得的直接经济效益：1000

7、0万元。