软岩巷道围岩蠕变演化规律与支护策略研究

上篇 基础试验研究成果

1 工程地质特征分析

1.1 地层

1.1.1 区域地层

1.1.2 许疃煤矿矿井地层

1.1.3 袁店一井煤矿矿井地层

1.2 构造

1.2.1 区域构造特征

1.2.2 区域构造的几个基本事实

1.2.3 区域构造成因浅析

1.2.4 许疃煤矿矿井构造

1.2.5 袁店一井煤矿矿井构造

1.3 煤岩层岩性特征及物理力学性质一

1.3.1 许疃煤矿煤岩层特征及物理力学性质一

1.3.2 袁店一井煤矿岩层特征及物理力学性质一

1.4 矿井水文地质

1.4.1 区域矿井水文地质特征

1.4.2 许疃煤矿矿井涌水量

1.4.3 袁店一井煤矿矿井涌水量

2 地应力测试

2.1 许疃煤矿原始地应力测试（套筒致裂法）

2.1.1 套筒致裂法的弹性理论基础

2.1.2 套筒致裂法地应力测试的基本原理

2.1.3 套筒致裂法地应力测试仪器

2.1.4 套筒致裂法地应力测试步骤

2.1.5 许疃煤矿原始地应力测试过程简述

2.2 袁店一井煤矿原岩应力测试（套芯应力解除法）

2.2.1 套芯应力解除法简介

2.2.2 袁店一井煤矿地应力测量所需仪器

2.2.3 应力计读数与地应力的关系

2.2.4 袁店一井煤矿地应力测量过程

2.2.5 袁店一井煤矿原岩应力实测结果

3 工业试验巷道围岩物理力学性质测试试验

3.1 许疃煤矿试验巷道围岩物理力学性质测试

3.1.1 综述

3.1.2 测试试件展示

3.1.3 测试结果

3.1.4 测试结果汇总

3.2 袁店一井煤矿试验巷道围岩物理力学性质测试

3.2.1 试件数量

3.2.2 测试系统及部分测试试件展示

3.2.3 泥岩抗压强度测试结果

3.2.4 泥岩抗拉强度测试结果

3.2.5 泥质砂岩抗压强度测试

3.2.6 泥质砂岩抗拉强度测试结果

3.3 试验巷道围岩流变性能测试

3.3.1 试验设备和方案

3.3.2 试验方案

3.3.3 试验数据采集

3.3.4 泥岩的流变特性试验结果分析

3.3.5 砂质泥岩的流变特性试验结果分析

3.3.6 流变性能测试综合结论

4 化学成分分析

4.1 试验仪器及条件

4.2 化学成分分析波谱

4.2.1 许疃煤矿取样岩石化学成分分析

4.2.2 袁店一井煤矿取样岩石化学成分分析

4.3 化学成分分析结论

4.3.1 许疃一720水平井底车场泥岩与砂质泥岩的化学成分分析结论

4.3.2 袁店一井煤矿化学成分分析结论

5 松动圈测试

5.1 许疃33暗斜井（已掘部分）松动圈测试

5.1.1 测试地点

5.1.2 测试结果

5.1.3 测试结果分析

5.1.4 总结

5.2 袁店一井煤矿33回风大巷松动圈测试

5.2.1 本次松动圈测试的主要目的

5.2.2 测试地点选择

5.2.3 测试仪器

5.2.4 测试原理

5.2.5 测试步骤

5.2.6 现场测试原始数据

5.2.7 测试结果及相关分析

5.2.8 总结

6 巷道围岩蠕变规律变形监测（前期）

6.1 许疃煤矿33进风暗斜井蠕变规律监测

6.1.1 测站位置选择

6.1.2 测站内测点布置

6.1.3 测点安设方法

6.1.4 测试仪器

6.1.5 观测结果整理

6.1.6 结论

6.2 袁店一井煤矿33采区回风大巷变形观测

6.2.1 观测点位设置

6.2.2 测站内断面测点布置

6.2.3 测点安设方法

6.2.4 观测结果整理

6.2.5 观测结果分析

6.3 总结

中篇 理论研究成果

7 巷道变形特征与变形因素分析

7.1 软岩巷道变形破坏特征

7.2 巷道变形因素分析

7.2.1 原生因素

7.2.2 次生因素

7.2.3 支护因素

7.2.4 围岩变形根本因素总结

8 围岩变形机理分析

8.1 岩石变形性质分类

8.2 围岩变形区域划分

8.3 围岩变形、破坏的形式

8.3.1 强度破坏

8.3.2 蠕变

8.3.3 蠕变导致围岩力学性能大幅下降并*终发生强度破坏

8.4 围岩松动圈发生与发展机理

8.4.1 围岩松动圈发生机理

8.4.2 围岩松动圈发展机理

8.5 围岩质点蠕变动力演化规律

8.5.1 应力集中程度的不断提高导致围岩蠕变动力不断增强

8.5.2 工程地质条件对围岩蠕变动力演变规律的影响

8.5.3 支护强度对围岩蠕变动力变化规律的影响

8.5.4 围岩性质变化对围岩蠕变动力的影响

8.5.5 围岩蠕变动力演变规律的总结

9 围岩变形控制机理分析

9.1 本项目围岩变形控制的基本思想

9.2 围岩变形控制机理研究

9.2.1 围岩质点应力状态控制策略研究

9.2.2 围岩质点应力状态控制措施研究

9.3 试验巷道支护设计原理概述

9.3.1 许疃煤矿33采区进风暗斜井支护设计方案与原理

9.3.2 袁店一井煤矿4条巷道支护设计方案与原理

9.4 总结

下篇 数值模拟研究成果

10 软岩层厚度对巷道影响的模拟

10.1 巷道围岩蠕变动力演化

10.2 模型简介

10.2.1 模拟对象简介

10.2.2 数值分析思路

10.3 数值计算过程简述

10.3.1 不同岩性岩石巷道模拟

10.3.2 软岩厚度逐步增加时巷道变形情况的模拟

10.4 总结

11 不同支护对巷道变形影响的模拟

11.1 模拟对象

11.2 模型概述

11.2.1 模型尺寸

11.2.2 边界条件

11.2.3 材料属性

11.2.4 模拟步骤

11.3 计算结果分析

11.3.1 裸巷的分析

11.3.2 衬砌、锚杆支护

11.3.3 组合支护

11.4 结论

12 锚壳组合支护与锚架组合支护强度对比分析

12.1 有限元数值计算模型基本概况

12.2 模型概述

12.2.1 模型总体设计概况

12.2.2 边界条件

12.2.3 材料参数

12.2.4 求解步骤和模拟方案

12.3 计算结果定性分析

12.3.1 混凝土喷层Mises应力定性对比

12.3.2 混凝土喷层位移定性对比

12.4 计算结果定量分析

12.4.1 位移路径上应力对比

12.4.2 所选取关键点位移对比及蠕变分析

12.5 结论

附录A 现场工业性试验

A.1 许疃煤矿现场工业性试验

A.1.1 许疃煤矿现场工业试验巷道概况

A.1.2 现场工业性试验方案设计

A.1.3 许疃煤矿33采区进风暗斜井工业试验效果监测

A.2 袁店一井煤矿现场工业性试验

A.2.1 袁店一井煤矿现场工业性试验巷道概况

A.2.2 工业性试验方案设计

A.2.3 工业性试验巷道监测方案

A.3 现场工业性试验结果总结

附录B 经济效益分析

B.1 项目基本概况

B.1.1 项目来源

B.1.2 项目研究背景和意义

B.1.3 项目的主要研究成果

B.2 推广应用前景分析

B.2.1 煤矿巷道现状

B.2.2 煤矿巷道变形控制研究中存在的问题

B.2.3 本项目成果的推广优势

B.3 经济效益分析

B.3.1 项目应用情况

B.3.2 经济效益情况

B.3.3 经济效益前景分析

B.4 社会效益分析

参考文献

《软岩巷道围岩蠕变演变规律与支护策略研究》是淮北矿业股份有限公司2012——2013年科技攻关项目的成果。该项目以高应力软岩巷道为研究对象，以其软弱围岩蠕变动力演变规律及相应的支护策略为研究内容，以淮北矿业股份有限公司许疃煤矿、袁店一井煤矿等试验矿井为研究背景展开了为期两年的研究，整个研究包括基础试验研究、理论研究和数值模拟研究，并进行了扎实的现场工业性试验，达到了预期目标，获得了显著的经济效益和社会效益。