隨著煤礦逐漸進入深部開采以及地下空間的拓展范圍不斷增大,軟巖工程圍巖控制問題一直困擾著煤礦生產(chǎn)和深部隧道施工。目前,軟巖巷道支護技術(shù)是煤炭系統(tǒng)中亟需解決的一個關(guān)鍵問題,成為我國巖石力學(xué)發(fā)展的主要任務(wù)之一。近些年來,耦合支護技術(shù)被大量運用到對于軟巖地下工程的支護中,尤其是錨網(wǎng)索耦合支護技術(shù),相較于其他支護形式優(yōu)勢明顯。目前,熟練掌握錨網(wǎng)索耦合支護這項技術(shù),更好發(fā)揮其對于軟巖地下工程中的支護效果成為研究的熱門課題。為此,針對軟巖條件下巷道耦合支護效果不佳問題,本文通過理論分析、數(shù)學(xué)計算和FLAC~(3D)數(shù)值模擬對軟巖條件下的巷道錨網(wǎng)索耦合支護參數(shù)優(yōu)化進行研究,取得以下研究成果:(1)通過經(jīng)典支護理論建立圍巖力學(xué)模型,推導(dǎo)出圍巖松動圈厚度與軟巖巷道變形量有著直接重要的關(guān)系,并計算出研究巷道松動圈半徑為4.78m,松動圈厚度為1.76m。(2)利用正交試驗安排合理化數(shù)值模擬方案,對巷道頂?shù)装逦灰屏亢蛢蓭鸵七M量結(jié)果進行極差分析,確定出對于控制巷道變形量中支護參數(shù)的主次要因素。并通過綜合分析選取優(yōu)化支護參數(shù):錨桿Φ22mm×2000mm,頂錨桿間排距900mm×1000mm,幫錨桿間排距800mm×1000mm,錨桿預(yù)緊力90KN,錨索長度6300mm,錨索預(yù)緊力150KN。(3)結(jié)合實際工程判定研究巷道的變形機制為Ⅰ_CⅡ_(ABD)Ⅲ_D型,在支護優(yōu)化參數(shù)基礎(chǔ)上,針對變形力學(xué)機制類型提出底板安裝兩根底板錨桿和調(diào)整頂板和兩幫錨桿角度等措施,加強對于關(guān)鍵部位耦合支護,從而形成一套錨網(wǎng)索耦合支護優(yōu)化方案。(4)利用FLAC數(shù)值模擬對軟巖條件下錨網(wǎng)索耦合支護優(yōu)化方案和原方案進行計算,從位移變形量、應(yīng)力分布情況和塑性區(qū)范圍等方面對比分析,優(yōu)化參數(shù)后的錨網(wǎng)索耦合支護方案在各方面有明顯改善。最后,通過現(xiàn)場試驗性監(jiān)測,實際巷道變形量與數(shù)值模擬結(jié)果大致相同,滿足礦井安全生產(chǎn)的巷道穩(wěn)定性要求,驗證了優(yōu)化參數(shù)研究的科學(xué)可行性。并確定二次支護最佳時間段在開挖大約13天前后,從而在不同支護體間耦合同時最大限度發(fā)揮圍巖自身承能力實現(xiàn)巷道理想耦合支護效果。
【學(xué)位單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD353
【部分圖文】：

懸吊理論

組合梁理論是 1952 年由德國人加考比首先提出的，在不穩(wěn)定巖層中可利用錨桿的連接可以將原本不穩(wěn)定的層狀地質(zhì)層整合成一個整體，使得巖層之間的整體的整體性能提高，從而提高了巖層之間的摩擦力，與之提高的是巖層的抗彎剛度。如圖1.2 所示。圖 1.2 組合梁理論壓縮拱理論是由彭德和蘭氏通過光彈試驗提出的。錨桿可以將各自之間的拉應(yīng)力區(qū)域相互重疊交錯，從而形成一個承壓拱，分散各自在圍巖之間的拉應(yīng)力，這樣的結(jié)構(gòu)不僅僅能提高自身系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時還可以提高上層圍巖的穩(wěn)定性。但該理論在實際應(yīng)用中還存在其局限性，無法應(yīng)對現(xiàn)場中復(fù)雜因素的影響，使其無法完全運用于實踐工程中，如圖 1.3 所示。最大水平應(yīng)力理論有澳大利亞人蓋爾首先提出，其理論主要認為巷道的穩(wěn)定性主要是由水平應(yīng)力決定的，水平應(yīng)力是一個向量，不僅僅只有大小還是方向，水平應(yīng)力產(chǎn)生的形變遠遠大于垂直應(yīng)力，如圖1.4 所示。圖 1.3 壓縮拱原理 圖1.4 最大水平應(yīng)力理論奧地利工程師 L.V.Labcewicz 提出了新奧法[1,2]

圖 1.2 組合梁理論壓縮拱理論是由彭德和蘭氏通過光彈試驗提出的。錨桿可以將各自之間的拉應(yīng)力區(qū)相互重疊交錯，從而形成一個承壓拱，分散各自在圍巖之間的拉應(yīng)力，這樣的結(jié)構(gòu)不僅能提高自身系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時還可以提高上層圍巖的穩(wěn)定性。但該理論在實際應(yīng)中還存在其局限性，無法應(yīng)對現(xiàn)場中復(fù)雜因素的影響，使其無法完全運用于實踐工程，如圖 1.3 所示。最大水平應(yīng)力理論有澳大利亞人蓋爾首先提出，其理論主要認為巷道的穩(wěn)定性主要由水平應(yīng)力決定的，水平應(yīng)力是一個向量，不僅僅只有大小還是方向，水平應(yīng)力產(chǎn)生形變遠遠大于垂直應(yīng)力，如圖1.4 所示。
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本文編號：2869085