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柔刚性U型钢支架控制宁庄井软岩巷道变形应用研究

作　者: 周俊帆
导　师: 李大伟
学　校: 河南理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 软岩巷道流变柔刚性U型钢支架数值模拟
分类号: TD353
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

平顶山梨园矿宁庄井东翼轨道大巷和部分硐室围岩体松散、软弱、遇水膨胀,具有大变形、流变等特点。在原锚网喷支护和可缩性U型钢支架支护下,已掘进的巷道变形量大、持续流变,巷道最大变形量达412 mm,3个月后的平均收敛速率为2.5 mm/d。因此,原支护方式不能有效地解决围岩的大变形和流变等问题。本文主要内容包括支架承载能力计算分析、岩石物理力学参数测定、软岩流变巷道围岩控制数值模拟分析和工业性试验。在支架承载能力计算分析中,采用结构力学中的力法方程对半圆拱U29型钢支架进行计算,得出：当支架柱腿处所受的均布荷载是顶拱处的0.62倍时,弯矩和轴力对支架承载力的作用相同；小于0.62倍时,轴力对支架的承载能力起主要作用；大于0.62倍时,弯矩对支架的承载能力起主要作用。在岩石物理力学参数测定中,根据东翼轨道大巷围岩地质条件,对相关巷道的岩石物理力学参数进行测定,然后运用有关公式对岩石参数进行折减后得出相应的岩体参数,为软岩流变巷道控制方案的数值模拟提供有效、准确的数据。在软岩流变巷道围岩控制数值模拟分析中,首先,运用ANSYS和FLAC3D有限元模拟软件对比分析无支护条件下半圆拱断面和马蹄形断面的变形规律,得出马梯形断面的收敛量小于半圆拱断面,可见马梯形断面的支护效果要优于半圆拱断面。其次,在锚网喷支护、可缩性U型钢支架支护和柔刚性U型钢支架支护下,对比分析东翼轨道大巷的垂直应力、水平应力、剪切应力、围岩位移和塑性区的分布规律,得出柔刚性U型钢支架的支护效果要优于锚网喷支护和可缩性U型钢支架支护。在工业性试验中,对东翼轨道大巷部分巷道及硐室的变形进行观测并分析锚网喷支护和可缩性U型钢支架支护的失败原因；对巷道后期的收敛速率进行测定；按等效矩形原理对柔刚性U型钢支架支护的巷道位移量进行计算以确定是否满足要求；根据上述分析,本文提出运用柔刚性U型钢支架对围岩进行支护,该支护方式能有效地控制围岩的大变形和流变,取得了较好的支护效果。

柔刚性U型钢支架控制宁庄井软岩巷道变形应用研究

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