高应力软岩巷道有控卸压与蠕变控制研究

随着开采深度的增加,高应力软岩巷道的支护与维护问题显得越来越突出,探索正确的软岩变形机理和围岩控制理论成为一个急需解决的问题。为此,本文根据国内外研究现状和焦作矿区古汉山矿的地质条件,基于对卸压和软岩蠕变机理的分析,从理论上对高应力软岩巷道一次有控卸压和二次蠕变控制技术进行了研究,确定了合理的一次有控卸压和二次蠕变控制的支护参数,并将研究成果成功应用到工程实践。 针对传统支护方式对高应力软岩巷道维护无能为力的窘况,从控制围岩应力的角度出发,提出了一次松动放矸卸压支护技术。在此技术的基础上,考虑卸压对巷道维护的利弊两方面作用,提出了一次有控卸压支护,通过对卸压程度的控制,可以发挥卸压的优势,减小其对高应力巷道支护的不利作用。 利用放矸后围岩边界处径向应力在放矸前后的不同,建立了一次有控卸压力学模型,利用该理论模型得到的塑性区以及应力转移随卸压次数的变化规律与变形能释放规律基本一致,验证了一次有控卸压理论模型的可靠性;根据此模型并基于应变软化条件和Kastner公式的计算假设,推导了塑性变形压力的计算公式,依据变形压力曲线上的拐点提出了“极限塑性区半径”的概念,合理的卸压程度就是将塑性区半径控制在“极限塑性区半径”附近,为有控卸压怎样控制合理的“度”提供了理论依据。 采用FLAC数值计算软件的应变软化模型分析了卸压对围岩强度的弱化作用,合理解释了有控卸压过程中围岩变形机理,并采用理论与数值分析相结合的方法确定了合理的一次有控卸压参数。 通过对软岩蠕变机理的分析,提出了高应力软岩巷道蠕变控制的实质与目标,并基于此,建立了蠕变控制的弹粘塑性力学模型。利用该模型分别对二次砌碹和二次锚杆、注浆加固支护进行了弹粘塑性分析,并确定了合理的蠕变控制支护方式和蠕变控制支护参数。 根据理论和数值分析得到的支护参数,采用一次有控卸压(全封闭工字钢圆形支架+全断面放矸卸压)+二次蠕变控制支护技术(二次锚杆、注浆加固支护)在古汉山西大巷进行了工程试验,有效控制了该巷道的剧烈变形和持续蠕变,并且该支护方案简单、易行,具有较高的推广应用价值。