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塌陷区巷道锚注耦合作用机理及其稳定性研究

专 业: 采矿工程
关键词: 岩墙锚索 拱桥法 锚注支护 裂隙岩体 围岩加固 巷道支护
分类号: TD311  TD353.6
形 态: 共 152 页 约 99,560 个字 约 4.762 M内容
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内容摘要


受采动影响的巷道和硐室的稳定性一直是矿山生产中的难题,尤其是高应力、松散裂隙岩体、坚硬岩体中的巷道,频繁受采动作用,巷道变形破坏非常严重、巷道支护和维护困难、成本高、巷道恢复难度大。

围岩加固是一个十分复杂的问题,在加固设计过程中既要考虑节理裂隙系统的几何特点,又要兼顾节理接触面可能发生的应力和位移。

本文针对玲珑金矿大开头矿区塌陷区255主运新巷,在现场地质调查、旧巷围岩变形监测、围岩力学参数测试基础上,分析了国内大量注浆堵水、注浆加固围岩和边坡、锚注支护等施工技术和资料,研究了塌陷区巷道围岩破碎、裂隙产生、发展等流变性及其相关特征。

主要在以下几个方面进行研究:1概括分析了支护理论、锚注作用机理、浆液性能、注浆理论及工程应用背景。

2塌陷区围岩和巷道变形破坏特征及发展演化规律。

根据岩石的微观破坏机制研究,用唯象的方法研究了松散和裂隙岩体变形破坏过程。

研究认为保安矿柱开采和巷道开挖后,围岩应力状态发生一系列的时间相关性力学行为和力学响应,靠近采空区的岩体结构面变形,裂隙发生剪切、剪胀和扩容,矿脉之间的岩体发生整体位移,导致巷道围岩整体下沉。

3塌陷区巷道注浆加固机理。

通过对注浆材料性能实验和分析,选择经济实用、固结强度高的水泥-水玻璃浆液;探讨了浆液在松散和裂隙岩体中渗透规律;提出了松散裂隙岩体分段多步耦合注浆施工技术,分析其作用原理;结合实际工程背景确定了合理的注浆参数和注浆工艺,研制了三种钻孔封孔器。

4锚注和岩墙锚索作用机理研究。

充实和完善了“拱桥法”过塌陷区和断层破碎带的理论;提出近距离巷道岩墙对拉锚索控制围岩变形技术;根据数值模拟结果对不同条件下巷道变形、应力分布、围岩破坏特征分析对比,认为巷间岩墙锚索加固技术有利于提高围岩的强度和稳定性。

5利用多种实测资料,从巷道围岩变形、应力分布、位移趋势以及巷道破坏的时间和空间分布特征,论证了围岩破坏和加固后稳定性及锚注效果。

6锚注施工在玲珑金矿的应用证明,对塌陷区巷道围岩的变形和破坏本质认识是正确的,而针对特定地质条件下巷道治理的施工控制技术是十分有效的..……

全文目录


文摘
英文文摘
引 言
1文献综述
1.1概述
1.2支护理论研究现状
1.3注浆材料及注浆理论研究现状
1.3.1注浆材料及性能
1.3.2注浆理论研究现状
1.3.3松散裂隙岩体注浆研究现状
1.4锚注加固与围岩稳定性分析研究现状
1.4.1锚注加固技术发展
1.4.2锚注加固原理研究现状
1.4.3加固体稳定性分析
1.5课题来源及论文研究对象
1.6论文研究目标、思路、技术路线及研究内容
1.6.1研究目标
1.6.2研究思路
1.6.3技术路线
1.6.4主要研究内容
2塌陷区巷道围岩变形机理
2.1岩石的力学特性
2.1.1岩石的微观结构分析
2.1.2岩石的全应力—应变曲线
2.1.3岩石变形的内在机制
2.1.4岩石的扩容、强度与受力状态关系
2.1.5岩石的断裂力学特性
2.1.6岩石的破坏类型及破坏机制
2.2节理裂隙岩体变形机理
2.2.1节理裂隙岩体变形研究概况
2.2.2塌陷区节理裂隙分类和分布
2.2.3节理裂隙岩体的裂隙扩展
2.2.4节理裂隙岩体的断裂机制
2.2.5节理裂隙岩体的本构关系
2.2.6岩体裂隙流变断裂特点
2.3松散岩体流变和破坏过程
2.3.1围岩裂隙产生和松散岩体形成过程
2.3.2松散岩体流变和破坏过程
2.4塌陷区动力耦合地质作用
2.4.1巷道围岩变形破坏形式
2.4.2巷道的矿压特征
2.4.3围岩变形破坏的动力耦合作用
2.5本章结论
3塌陷区巷道耦合注浆机理
3.1浆液性能试验研究
3.1.1注浆岩体的结构
3.1.2浆液性能
3.2裂隙岩体浆液渗透机理
3.2.1单裂隙岩体渗流特性
3.2.2裂隙网络岩体浆液渗流耦合方程
3.2.3裂隙岩体中水泥—水玻璃浆液的流动渗透机理
3.3松散岩体浆液渗透机理
3.3.1松散岩体的力学特点
3.3.2注浆固结体的力学特点
3.3.3影响松散岩体固结体性能的因素
3.3.4松散裂隙岩体压密和劈裂注浆机理
3.4多步耦合注浆作用机理
3.4.1“先外后内”注浆
3.4.2多步重复耦合注浆
3.5本章结论
4塌陷区巷道锚注作用机理
4.1松散岩体锚注加固机理
4.1.1松散岩体锚注作用
4.1.2松散岩体注浆加固作用
4.1.3松散岩体锚注作用机理
4.2裂隙岩体锚注作用分析
4.2.1裂隙岩体受力破坏过程
4.2.2裂隙岩体与锚杆力学作用
4.2.3岩体锚注作用机理
4.3“拱桥法”锚注作用机理
4.3.1“拱桥法”理论基础
4.3.2“拱桥法”对围岩改性作用
4.3.3“拱桥法”的力学机理
4.4岩墙锚索作用机理
4.4.1锚索类型、破坏形式和作用原理
4.4.2岩墙锚索的力学分析
4.4.3岩墙锚索工程应用
4.5本章结论
5锚注技术的工程应用
5.1工程背景
5.1.1矿区地理位置
5.1.2区域地质概况
5.1.3塌陷区工程地质条件
5.1.4塌陷区巷道破坏状况
5.1.5巷道破坏原因分析
5.2塌陷区巷道锚注设计
5.2.1塌陷区巷道锚注控制目的
5.2.2注浆设计
5.3注浆实验和浆液配比方案
5.3.1注浆现场试验
5.3.2浆液配比方案
5.4锚注施工工艺
5.4.1施工准备
5.4.2封孔器的设计和试验
5.4.3钻孔、封孔和注浆顺序
5.4.4注浆控制工艺
5.4.5实施方案
5.5故障处理和施工效果分析
5.5.1注浆常见故障处理措施
5.5.2注浆效果
5.6本章结论
6塌陷区巷道的稳定性分析
6.1有限差分方法及数值分析软件特点
6.1.1 FLAC3D程序简介
6.1.2 FLAC3D的基本原理
6.1.3 FLAG3D的特点
6.2数值模拟模型
6.2.1模型建立的原则
6.2.2计算模型的特点
6.2.3模型的建立
6.3数值模拟结果及分析
6.3.1主运新巷开挖前
6.3.2主运新巷开挖后
6.3.3 10#脉群和保安矿柱开采模拟
6.3.4主运新巷和采空区充填模拟
6.3.5加固方式对围岩稳定性影响
6.4本章结论
7围岩变形监测与加固效果分析
7.1围岩变形监测方案
7.2监测内容
7.2.1监测部位和测点的布置
7.2.2变形监测频率的确定
7.2.3变形监测方法、仪器和精度
7.3围岩加固后岩石位移特征
7.3.2巷道底板下沉和底臌曲线
7.3.3锚注施工的巷道变形特点
7.4注浆施工监控及效果检测
7.4.1注浆参数测试
7.4.2注浆固结体强度
7.4.3注水试验检测
7.4.4钻孔施工验证
7.4.5注浆效果评价
7.5本章结论
结 论
参考文献

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