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软岩巷道穿越断层破碎带支护技术研究

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摘要

1 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 松动圈理论研究现状

1.2.2 松动圈测试技术研究现状

1.2.3 断层破碎带支护研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 研究方法

1.5 技术路线

2 断层破碎带围岩破坏机理分析

2.1 工程概况

2.1.1 水文地质条件

2.1.2 构造特征

2.1.3 工作面情况

2.2 断层破碎带特征

2.3 断层围岩特性研究

2.3.1 围岩物理力学指标试验

2.3.2 围岩矿物成分分析

2.4 围岩失稳原因分析

2.5 小结

3 断层软岩巷道围岩松动圈的确定

3.1 松动圈理论

3.1.1 松动圈概念

3.1.2 松动圈性质

3.1.3 松动圈分类及支护机理

3.2 松动圈范围现场实测

3.2.1 钻孔成像仪简介

3.2.2 现场实测

3.2.3 测试结果分析

3.3 松动圈范围灰色预测

3.3.1 灰色理论简介

3.3.2 GM(1,1)模型

3.3.3 灰色预测

3.4 小结

4 断层破碎带软岩巷道支护方案设计

4.1 软岩巷道破坏影响因素分析及措施

4.1.2 断层

4.1.2 复合型软岩

4.1.3 水弱化

4.1.4 措施

4.2 基于松动圈理论的支护方案设计

4.2.1 原有巷道支护形式

4.2.2 断层巷道支护设计

4.3 最终过断层方案确定

4.4 小结

5 软岩巷道穿越断层破碎带数值模拟

5.2 计算模型的建立

5.3 绕道施工方案的可行性研究

5.4 巷道支护体系的可行性研究

5.4.1 围岩应力分析

5.4.2 围岩位移分析

5.4.3 围岩塑性区分析

5.4.4 支护结构受力分析

5.5 小结

6 现场动态安全监测体系

6.1 监测目的及内容

6.2 监测方法

6.2.1 围岩收敛变形

6.2.2 锚杆测力计

6.2.3 顶板离层仪

6.2.4 锚杆(索)质量检测

6.3 测站布置

6.4 监测结果

6.4.1 围岩收敛变形监测结果分析

6.4.2 锚杆受力监测结果分析

6.4.3 顶板离层监测结果分析

6.4.4 锚杆(索)质量检测

6.5 小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

作者简历

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摘要

地质灾害影响下软岩巷道支护难度大大增加,开展软岩巷道穿越断层破碎带支护技术研究具有重要的工程实践意义。本文以红庆梁煤矿3-1煤回风大巷软岩巷道工作面遭遇的断层破碎带为工程背景,采用现场调研、室内试验、理论分析、现场实测、数值模拟和动态监测等综合手段进行了系统研究。主要研究内容和成果如下:  (1)通过现场调研、超前地质预报及钻孔探测相结合的方法确定断层破碎带的走向、倾向以及夹层厚度等特征;进行室内物理力学试验测和X射线衍射试验得知断层围岩物理力学特性和岩石组成成分,为围岩破坏规律分析和数值模拟提供有效数据。  (2)利用钻孔窥视仪对软岩巷道断层附近松动圈范围进行测试,并应用灰色理论预测断层处围岩松动圈范围,为巷道支护参数的设计提供可靠依据。  (3)从断层、复合型软岩、水弱化三个方面分析断层破碎带软岩巷道的围岩破坏机理,以松动圈理论为基础设计支护参数,提出了绕道施工方案,注射“水泥+水玻璃”双浆液预加固措施,变截面+“锚+网+索+喷+U型钢架+复喷砼”的联合支护方案。  (4)利用大型有限差分软件FLAC3D进行仿真模拟,建立对比模型,探究绕道施工的合理性和支护方案的可行性,针对围岩应力、围岩塑性区、巷道位移、支护结构受力进行了模拟分析。  (5)进行现场工业试验,对软岩巷道断层破碎带区域进行包括顶板离层量、锚杆实际受力以及围岩表面收敛变形等项目的动态安全监测,监测结果表明巷道支护效果良好。

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