复杂高应力软岩巷道围岩控制理论研究

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1、万方数据湖南科技大学硕士学位论文第一章绪论1．1课题研究意义及工程背景1．1．1我国能源结构和煤炭开采现状我国煤炭资源丰富，煤炭资源总量为5。60万亿吨，其中已探明储量为1．18万亿吨(截至2007年年底)，占世界总储量的11．60％t1．2】。同时，我国也是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国，2009年我国原煤生产量达到30亿吨，比2008年增长约11％13】；2010年我国煤炭消耗量超过30亿吨，远远超出2003年制定第一版“十一五”规划时预计到2010年中国煤炭消耗量达到24亿吨的水平l·I。煤炭作为一级能源，在我国的能源政策中占据至关重

2、要的位置。在全国一次能源构成中，煤炭资源占70％以上15】，有效地支撑了国民经济的快速持续发展。另据有关资料预测，即使我国政府采取积极稳健的新能源政策，到2050年，煤炭在我国能源消费结构中的比例也将在40％以上16】。由此可见，在今后相当长的一段时期内，煤炭仍将是我国能源的支柱产业。相对于丰富的煤炭资源，我国的煤炭工业总体技术水平却不容乐观。受煤炭资源分布不均，地质条件复杂，煤炭需求日益增大等因素的影响，我国煤炭产业呈多层次技术结构，煤炭开采和消费造成的环境问题突出。我国煤炭工业总体技术水平落后于中等发达国家，国有煤矿处于发展中国家前列。与世

3、界几个主要产煤国所不同，我国的煤炭开采多以井工开采为主，露天开采为辅。而安全、合理、有效的巷道围岩支护是保证井工开采安全的重要前提，是保证矿井实现高产高效的必要条件，是提高经济效益的必要手段。1．1．2课题研究意义随着科学技术的不断发展，煤矿开采经验的不断积累以及开采理论的不断深化，煤矿巷道围岩控制理论得以飞速发展，巷道支护从材料到方式到管理都发生了重大转变。主动支护的理念已经根植于现代煤矿巷道的支护当中，传统的被动支护已经成为辅助支护方式[7_91；锚杆依然是现今阶段支护的主要材料，且随着材料科学的不断发展，各式各样的锚杆已经逐步应用于煤矿巷

4、道。在全世界范围内，万方数据第一章绪论锚杆已经成为煤矿巷道支护的主力军[10-12】；在我国，目前国有大中型煤矿煤巷锚杆支护应用的比例已达到60％【13-14l，锚杆支护已成为煤矿发展高产高效生产必不可少的配套技术。煤巷锚杆支护发展迅速，但在高应力软岩巷道中使用锚杆一直尚处于探索阶段，尤其是在复杂条件高应力软岩情况下，锚杆支护煤巷冒顶、片帮及底臌事故时有发生，成为这一技术进一步推广应用的重要制约因素ItSl。长期以来，国内外学者对煤矿软岩巷道支护机理和控制技术做了大量的研究，取得了一批重要的理论研究成果，提出了一些实用的软岩巷道控制技术。然而，

5、对高应力软岩巷道的支护，目前普遍采用的方法还是提高单根锚杆的性能参数和加大锚杆群的布置密度。虽然它可以限制单根锚杆杆体有效长度内岩体的变形，消除锚杆群锚固区内离层，并产生较大的支护抗力，但避免不了在锚杆群锚固区外的顶板因弱化而离层，且经常出现锚索断裂现象。对于锚杆支护巷道，特别是高应力软岩巷道而言，项板离层破碎无疑是最大的安全隐患。如果巷道顶板在锚杆锚固端以外出现离层，当跨度很大时，其组合梁厚度相对较小，顶板所具有的抗折强度不能阻止组合梁的下沉，则容易发生跨落事故。再者，由于煤巷两帮煤体强度较低，在围岩应力较高的条件下，软岩煤巷也存在两帮变形较

6、大、片帮严重等问题，但以往的研究更多关注项板的稳定性，较少关注两帮及底板的稳定性。因此，这些研究成果不能全面解释高应力软岩巷道锚杆支护的机理。随着煤矿开采深度的增大，软岩巷道，特别是高应力软岩巷道的数量和比重都将不断增加，软岩巷道离层破碎的问题会越来越突出，如何消除冒项、片帮及底臌，有效控制巷道围岩变形，特别是提高高应力软岩巷道的整体稳定性，已经成为确保煤巷安全生产的关键。1．1．3课题研究背景本文以贵J,I、I省盘江精煤股份有限公司月亮田矿“复杂条件软岩巷道支护技术研究”为项目依托，在已有研究成果的基础上，采用井下地质数据采集、室内岩石力学性

7、质实验、计算机数值模拟以及现场工业性试验等手段，对巷道的变形机理进行了研究，提出“预应力锚杆、围岩浅部与深部及底板注浆相结合”的锚杆注浆支护可以有效地控制高应力软岩巷道围岩的强烈变形，为解决高应力软岩巷万方数据湖南科技大学硕士学位论文道的支护难题进行有益探讨。1．2国内外研究历史与现状1．2．1软岩巷道支护理论1963年国际岩石力学学会正式成立，标志着岩石力学在工民建、采矿业等方面的研究应用的开始116】。从学会成立至今，岩石力学的研究卓有成效。随着岩石工程向地下空间的发展，尤其是矿产资源的深部开采，带来了一系列普通岩石力学所不能解决的复杂岩石

8、力学问题，进而催生了新的岩石力学工程一一软岩工程。软岩工程的理论研究尚只有几十年的时限，但其理论基础却可以追溯到20世纪初期。古典压力理论。20世纪初