动力扰动下层状碎屑岩巷道围岩稳定性研究摘要
目前,动力扰动下层状碎屑岩巷道围岩稳定性控制成为黔西南金矿开采的重要技术难题。本文以锦丰金矿为工程背景,综合运用现场调查、理论分析、物理试验、数值模拟等手段,对动力扰动下层状碎屑岩巷道围岩响应特征和稳定性控制问题进行了研究,明确了影响巷道围岩稳定性的主控因素,掌握了动扰巷道围岩变形破坏特征,提出了动扰巷道围岩稳定性控制技术。主要取得以下研究成果:(1)对研究区域进行现场调查与分析发现,巷道围岩受动力扰动影响整体破碎、稳定性差、支护效果不理想,RQD平均值为31.63%,得到影响巷道围岩变形破坏的主要因素为巷道埋深、动载荷幅值及软弱泥岩层厚度。(2)通过物理试验的研究手段,对动力扰动下层状碎屑岩巷道围岩变形破坏特征及规律进行研究。确定巷道围岩相似模型各岩层相似配比进而制作模型进行试验,得到了不同动载荷幅值与不同软弱泥岩层厚度两种试验条件下巷道围岩相似模型裂纹发育特征及应变场演化规律。(3)运用数值模拟的方法,分别考虑受静载、不同埋深、不同扰动载荷幅值、不同软弱泥岩层厚度等工况条件,系统地研究了动力扰动对层状碎屑岩巷道围岩稳定性的影响。巷道两帮变形受埋深影响最大,埋深从600 m增加到1000 m,最大两帮移近量相对增加282.1%;质点峰值振动速度(PPV)从2 cm/s增加到10 cm/s,巷道围岩动力响应时间由0.10 s增加到0.25 s,巷道围岩因动扰增强易发生整体失稳破坏;软弱泥岩层厚度在2.5 m以下时不利于巷道围岩稳定,厚度超过2.5 m时可以削弱动力扰动对巷道围岩的影响,有利于巷道围岩稳定。(4)在现场调查、物理试验、数值模拟的基础上,提出动力扰动下层状碎屑岩巷道锚杆-锚索联合支护的控制技术方案并进行现场应用。动扰巷道围岩控制效果数值模拟分析得出巷道表面位移相对减小30%以上,接触面处位移相对减小超过40%;现场监测结果显示优化支护方案后巷道顶底板及两帮位移量相对减小均超过40%,说明支护优化方案有效、可行,巷道围岩整体稳定性明显提高。研究成果可为相同或相似条件下层状碎屑岩巷道围岩稳定性控制及支护设计提供参考和借鉴。
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