分類號(hào) 密級(jí) U D C 編號(hào) 士學(xué)位論文 論文題目 基于反演理論的深部巷道 支護(hù)方案優(yōu)化研究 學(xué)科、專業(yè) 采礦工程 研究生姓名 丁 鵬 導(dǎo)師姓名及 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 李 夕 兵 教授中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 要 本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目 “深部巖體力學(xué)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用”子課題： “深部多相多場(chǎng)耦合作用及其災(zāi)害發(fā)生機(jī)理與防治” ，以及貴州開(kāi)陽(yáng)磷礦深部開(kāi)采巷道支護(hù)優(yōu)化方案研究， 對(duì)深部巖體力學(xué)參數(shù)及地應(yīng)力進(jìn)行研究， 并將研究成果應(yīng)用于深井巷道支護(hù)方案優(yōu)化研究的分析當(dāng)中。 首先，對(duì)破壞的馬路坪礦巷道進(jìn)行了 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，記錄各段巷道破壞的具體地段、破壞程度及破壞特征，分析巷道支護(hù)出現(xiàn)問(wèn)題的各方面原因。 在現(xiàn)場(chǎng)采集典型巖體的巖塊并加工成巖石試樣， 在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了巖石試樣的物理力學(xué)性質(zhì)分析，對(duì)礦體下盤(pán)布置巷道的頁(yè)巖的應(yīng)力 時(shí)，在礦山進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，對(duì)貴州開(kāi)陽(yáng)磷礦產(chǎn)生破壞的典型巷道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)收斂位移觀測(cè)， 并對(duì)觀測(cè)記錄進(jìn)行分析。 綜合應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、混沌優(yōu)化方法以及反演理論，通過(guò)記錄的位移值反分析出了該水平面的原巖初始地應(yīng)力及相關(guān)的力學(xué)參數(shù)。將反分析得出的初始地應(yīng)力與用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的地應(yīng)力值進(jìn)行比較，結(jié)果顯示兩者有顯著不同，從而說(shuō)明經(jīng)驗(yàn)公式有其局限性，要在工程中針對(duì)具體情況計(jì)算出地應(yīng)力。 用經(jīng)驗(yàn)公式和工程類比方法確定馬路 坪礦運(yùn)輸巷道的支護(hù)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上提出對(duì)現(xiàn)有支護(hù)方案的改進(jìn)方案。 將分析出的該水平面的原巖初始地應(yīng)力及相關(guān)的力學(xué)參數(shù)應(yīng)用于巷道 支護(hù)方案的優(yōu)選研究中，用 進(jìn)后的一種支護(hù)方案進(jìn)行比較計(jì)算，得出改進(jìn)的支護(hù)方式的顯著優(yōu)點(diǎn)。每種模擬都計(jì)算了巷道開(kāi)挖后圍巖的應(yīng)力分布、位移和變形情況。把提出的四種改進(jìn)支護(hù)方案進(jìn)行數(shù)值模擬比較，推薦出兩個(gè)方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)效果并考慮支護(hù)的成本后從中可選出 最優(yōu)方案作為最終方案。 通過(guò)對(duì)巷道的數(shù)值模擬和計(jì)算可知，深部巖體承受較高的地應(yīng)力，其支護(hù)參數(shù)的不同將會(huì)產(chǎn)生不同的效果。針對(duì)數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)各自存在的不足， 把兩者結(jié)合起來(lái)考慮， 以選出最有利的支護(hù)方法。 本文結(jié)合具體工程開(kāi)展研究。首先進(jìn) 行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和室內(nèi)試驗(yàn)，再對(duì)調(diào)查和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論分析。針對(duì)分析結(jié)果，有針對(duì)性地提出技術(shù)解決方案以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。 本文的研究成果對(duì)工程實(shí)踐中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 關(guān)鍵詞 : 深部巷道，位移反分析，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，混沌優(yōu)化，支護(hù)，數(shù)值模擬中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 on of in in is to of on at is to is of to of of is is of of by s of of by of of to by to to be is is At it is is on on In to of of of 南大學(xué)碩士學(xué)位論文 to is is In of of of be to an of 目錄 摘 要 . I . 錄 .一章 緒論 .言 .內(nèi)外對(duì)軟巖工程的研究狀況 .題來(lái)源及研究意義 .二章 工程概況 .程概況 .路坪巷道破壞的主客觀原因 . 巷道破壞的客觀原因 . 巷道破壞的主觀原因 .三章 礦巖力學(xué)性質(zhì)測(cè)試及巷道位移觀測(cè) .巖實(shí)驗(yàn)室物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)測(cè)定 . 現(xiàn)場(chǎng)取樣及試件加工簡(jiǎn)介 . 測(cè)試內(nèi)容 . 礦巖試件測(cè)試 . 礦巖試件測(cè)試結(jié)果 . 小結(jié) .下硐室位移測(cè)定 . 地下硐室位移量測(cè)方法 . 巷道斷面收斂位移監(jiān)測(cè)方案 . 巷道表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析 .章小結(jié) .四章 地應(yīng)力混沌優(yōu)化反分析 .應(yīng)力位移反分析方法概述 . 反演方法簡(jiǎn)介 . 地應(yīng)力位移反分析方法國(guó)內(nèi)外應(yīng)用狀況 .經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法簡(jiǎn)介及應(yīng)用 . 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論簡(jiǎn)介 . 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的學(xué)習(xí)過(guò)程 .沌理論簡(jiǎn)介及應(yīng)用 . 混沌理論簡(jiǎn)介 . 混沌理論在自然科學(xué)中的應(yīng)用簡(jiǎn)介 .體力學(xué)參數(shù)混沌優(yōu)化反分析 . 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射模型與混沌優(yōu)化 .經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與有限元計(jì)算結(jié)果的映射模型 .南大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射模型權(quán)值與閥值的混沌優(yōu)化 . 巷道巖體力學(xué)參數(shù)混沌優(yōu)化反分析 . 開(kāi)磷馬路坪礦位移反分析結(jié)果 .章小結(jié) .五章 巷道支護(hù)方案選擇及數(shù)值模擬 .道支護(hù)方案選擇 . 巷道圍巖控制原則及主要途徑 . 錨桿支護(hù)參數(shù)的選擇 . 混凝土參數(shù)的選擇 . 鋼筋網(wǎng)參數(shù)的選擇 . 支護(hù)方案參數(shù)的確定 .值模擬軟件選擇及應(yīng)用現(xiàn)狀 . 數(shù)值模擬軟件國(guó)內(nèi)外研究概況 . 數(shù)值模擬方法評(píng)價(jià) . 數(shù)值模擬方法的選擇 .路坪礦巷道支護(hù)數(shù)值模擬方案 . 數(shù)值模擬模型的選擇 .值模擬模型的形狀選擇及網(wǎng)格劃分 .服強(qiáng)度準(zhǔn)則的選擇 .擬參數(shù)的選取 . 巷道開(kāi)挖后圍巖應(yīng)力與變形分析 .道開(kāi)挖后圍巖應(yīng)力分布 .道開(kāi)挖后圍巖位移分布 .道開(kāi)挖后圍巖塑性區(qū)分布 .章小結(jié) .六章 全文總結(jié)及展望 .文總結(jié) .文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) .文的不足之處和以后需要深入研究的工作 .考文獻(xiàn) . 錄 . 謝 .讀碩士學(xué)位期間主要研究成果 .南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 1第一章 緒論 言 巖石力學(xué)作為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科始于 20 世紀(jì) 30 年代， 廣泛應(yīng)用于冶金、 水電、煤炭、土木、交通、地鐵、石油等工程1。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)的礦山工程和巖土工程建設(shè)正大規(guī)模的展開(kāi)，如圖 1示為西部某隧道。 圖 1某西部工程中的一段隧道 伴隨工程的展開(kāi)，許多工程都遇到軟巖問(wèn)題，由于礦床賦存條件復(fù)雜和開(kāi)采系統(tǒng)龐大，采礦工程是目前人類開(kāi)挖最深也是最為復(fù)雜的巖石工程，從而帶來(lái)一系列的地壓?jiǎn)栴}。 軟巖礦山中出現(xiàn)的地壓?jiǎn)栴}成為各軟巖礦山開(kāi)采過(guò)程遇到的最大難題，也是相關(guān)科研院校研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。 內(nèi)外對(duì)軟巖工程的研究狀況 軟巖，也稱松軟巖層，對(duì)其定義一直存在著爭(zhēng)議。從 20 世紀(jì) 60 年代到 90年代初，產(chǎn)生的軟巖定義多達(dá)幾十種。在近幾年的文獻(xiàn)中，關(guān)于軟巖的概念總括起來(lái)，大概分為以下幾種3： （ 1）描述性定義 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 21）原煤炭工業(yè)部礦山壓力情報(bào)中心站副站長(zhǎng)、軟巖分站站長(zhǎng)、長(zhǎng)春煤炭研究所總工程師陸嘉良提出：松軟巖層系指松散、軟弱的巖層，它是相對(duì)于堅(jiān)硬巖層而言的。松軟巖層由于成巖的時(shí)間短、結(jié)構(gòu)疏松、膠結(jié)程度差，故自身強(qiáng)度低。 2）原煤炭工業(yè)部軟巖分站副站長(zhǎng)鄭雨天、王明恕、何修仁教授等認(rèn)為軟巖是指軟弱、破碎、膨脹、流變、強(qiáng)風(fēng)化及高應(yīng)力巖體的總稱。 3）淮南礦業(yè)學(xué)院朱效嘉教授提出：松軟、破碎、軟弱、膨脹及風(fēng)化等巖層稱為松軟巖層，簡(jiǎn)稱軟巖。 4）原東煤公司的曾小泉高級(jí)工程師認(rèn)為：松軟巖層系松散破碎、軟弱、強(qiáng)風(fēng)化和膨脹性巖層的總稱。 5） 1984 年 12 月，在昆明市舉行的“煤礦礦山壓力名詞討論會(huì)”上提出的定義是：松軟巖層是指強(qiáng)度低、孔隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量膨脹性黏土礦物的松、散、軟、弱巖層。 （ 2）指標(biāo)性定義 1） 際巖石力學(xué)學(xué)會(huì) 1990 年， 1993 年）定義：軟巖是指單軸抗壓強(qiáng)度在 25一類巖石。 2） 994 年 )定義：軟巖是指單軸抗壓強(qiáng)度小于 17巖石。 3）抗壓強(qiáng)度（c）小于 20巖層稱為軟巖。 4）c/ h 2 的巖層稱為軟巖。 其中：c 單軸抗壓強(qiáng)度； 巖石容重； h 深度。 （ 3）工程性定義 1）中國(guó)礦業(yè)大學(xué)董方庭教授提出：圍巖松動(dòng)圈大于 圍巖稱為軟巖。 2）中國(guó)礦業(yè)大學(xué)鹿守敏教授提出：圍巖松動(dòng)圈大于 且用常規(guī)支護(hù)不能適應(yīng)的圍巖稱為軟巖。 3）松軟巖層是指“難支護(hù)的圍巖”或“多次支護(hù)，需要重復(fù)翻修的圍巖” 。 此外，對(duì)于軟巖的概念還進(jìn)行過(guò)研究的國(guó)外學(xué)者有 上述各種定義各有優(yōu)缺點(diǎn)，在工程實(shí)踐中都或多或少的存在局限性。何滿潮教授通過(guò)近 10 年的工程實(shí)踐檢驗(yàn)，抽象出軟巖的本質(zhì)特征，提出了新的軟巖概念，將軟巖分為地質(zhì)軟巖和工程軟巖。 地質(zhì)軟巖是指強(qiáng)度低、孔隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量膨脹性黏土礦物的松、散、軟、弱巖層，該類巖石多為泥巖、頁(yè)巖、粉砂巖和泥質(zhì)礦巖，是天然形成的復(fù)雜的地質(zhì)介質(zhì)。而工程軟巖是指在工程力作用下能夠產(chǎn)生顯著塑性變形和流變特性的工程巖體。 其中工程力指的是作用在巷中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 3道工程巖體上力的總和，它可以是重力、構(gòu)造殘余應(yīng)力、水的作用力和工程擾動(dòng)力及膨脹應(yīng)力等。 顯著塑性變形是指以塑性變形為主體的變形量超過(guò)了工程設(shè)計(jì)的允許變形值， 并影響了工程的正常使用。 顯著塑性變形包含顯著的彈塑性變形、粘彈塑性變形、連續(xù)性變形和非連續(xù)性變形等。當(dāng)工程力一定時(shí)，不同巖石，可能表現(xiàn)為硬巖，也可以表現(xiàn)為軟巖，而對(duì)于同一種巖石，在較低工程力的作用下可表現(xiàn)為硬巖的變形特性， 而在較高工程力的作用下則可能表現(xiàn)為軟巖的變形特性。因此，工程軟巖要滿足下面的條件： 式中： 工程荷載， 工程巖體強(qiáng)度， U 巷道變形， U 巷道允許變形， 地質(zhì)軟巖和工程軟巖的關(guān)系：當(dāng)工程載荷相對(duì)于地質(zhì)軟巖（如泥頁(yè)巖等）的強(qiáng)度足夠小時(shí)，地質(zhì)軟巖不產(chǎn)生軟巖顯著塑性變形的特征，即不作為工程軟巖，只有在工程力作用下發(fā)生顯著變形的地質(zhì)軟巖，才作為工程軟巖，在高深度高應(yīng)力作用下，部分地質(zhì)硬巖（如泥質(zhì)膠結(jié)砂巖等）也呈現(xiàn)了顯著的變形特征，也應(yīng)視為工程軟巖。 軟巖工程是一個(gè)相對(duì)的概念，不同的空間位置（如埋深等） ，不同的環(huán)境條件下，都會(huì)使軟巖工程所表現(xiàn)出來(lái)的特性發(fā)生改變，甚至使軟巖工程發(fā)生根本性的變化。1軟巖工程系指與塑性大變形工程巖體有關(guān)的巖土工程，如軟巖邊坡工程、軟巖隧道及軟巖巷道工程等。 支護(hù)理論是實(shí)施地下工程支護(hù)設(shè)計(jì)的理論根據(jù)。3古典壓力理論認(rèn)為，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力是其上覆巖層的重量 H，只是側(cè)壓力系數(shù)不同而已，所采用的支護(hù)方式都是被動(dòng)式支架支護(hù)。 坍落拱理論認(rèn)為坍落拱的高度與地下工程跨度和圍巖性質(zhì)有關(guān)，該理論的最大貢獻(xiàn)是提出巷道圍巖具有自承能力。 20 世紀(jì)50 年代以來(lái)，人們開(kāi)始用彈塑性力學(xué)來(lái)解決巷道支護(hù)問(wèn)題。 20 世紀(jì) 60 年代，奧地利工程師在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了一種新的隧道設(shè)計(jì)施工方法，稱為新奧地利隧道施工方法 (即著名的新奧法。新奧法是目前地下工程的主要設(shè)計(jì)施工方法之一。 新奧法的核心是利用圍巖的自承作用來(lái)支撐隧道，促使圍巖本身變?yōu)橹ёo(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，使圍巖與構(gòu)筑的支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成堅(jiān)固的支承環(huán)。 三十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外巖石力學(xué)對(duì)軟巖工程問(wèn)題進(jìn)行了廣泛的研究工作。中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)于 1995 年專門(mén)成立了軟巖工程專業(yè)委員會(huì)，經(jīng)許多學(xué)者的共同努力，使得我國(guó)在軟巖支護(hù)技術(shù)和支護(hù)理論方面取得了較大的進(jìn)展，特別是中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 4在軟巖支護(hù)技術(shù)方面發(fā)展較快， 形成了鋼架支護(hù)系列技術(shù)、 料石碹支護(hù)系列技術(shù)、錨、噴、網(wǎng)支護(hù)系列技術(shù)、注漿加固系列、預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)系列技術(shù)以及以上各種支護(hù)組合的聯(lián)合支護(hù)系列等。 與軟巖的支護(hù)技術(shù)研究相比，支護(hù)理論研究相對(duì)較弱，從而制約了支護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，給工程支護(hù)帶來(lái)了很大的盲目性。因此，必須反思現(xiàn)有的支護(hù)理論，探索適合于軟巖的支護(hù)理論。 目前，對(duì)軟巖工程的研究，主要是通過(guò)觀測(cè)、模擬試驗(yàn)、類比法以及結(jié)合工程實(shí)踐。 我國(guó)采礦手冊(cè)規(guī)定，開(kāi)采深度大于 600 900m 為深部開(kāi)采4。依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，目前我國(guó)的大部分礦山已經(jīng)進(jìn)入深部開(kāi)采。37進(jìn)入深部開(kāi)采以后，僅重力引起的垂直原巖應(yīng)力通常就超過(guò)工程巖體的抗壓強(qiáng)度， 而由于工程開(kāi)挖所引起的應(yīng)力集中水平則更是遠(yuǎn)大于工程巖體的強(qiáng)度 (40同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有的資料顯示，深部巖體形成歷史久遠(yuǎn)，留有遠(yuǎn)古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的痕跡，其中存有構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)或殘余構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力二者的疊合累積為高應(yīng)力，在深部巖體中形成了異常的地應(yīng)力場(chǎng)。在此應(yīng)力場(chǎng)中進(jìn)行采礦作業(yè)存在諸多力學(xué)問(wèn)題，也為安全生產(chǎn)埋下隱患。因此弄清工程區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)成為工程人員首先要解決的問(wèn)題之一。 錨噴支護(hù)是巷道支護(hù)的發(fā)展方向，在軟巖巷道支護(hù)中占有最重要的地位。隨著礦山開(kāi)采向縱深發(fā)展，軟巖巷道的支護(hù)暴露出越來(lái)越多的問(wèn)題。目前，采用錨噴支護(hù)形式存在著以下問(wèn)題有待進(jìn)一步研究和解決，主要有： (1) 對(duì)于深部軟巖巷道地壓顯現(xiàn)規(guī)律的認(rèn)識(shí)不夠深入 由于對(duì)深井軟巖巷道圍巖應(yīng)力場(chǎng)分布的時(shí)空觀缺乏系統(tǒng)的研究。在圍巖變形、破壞隨時(shí)間的推移而局部發(fā)展的復(fù)雜過(guò)程中，哪些是影響圍巖變形、破壞的關(guān)鍵因素，現(xiàn)在仍然沒(méi)有比較準(zhǔn)確的描述，致使錨噴支護(hù)在施作過(guò)程中，盲目性大，影響了錨噴支護(hù)在深井軟巖巷道支護(hù)的推廣應(yīng)用。同時(shí)，井下的巖體是復(fù)雜的介質(zhì)，多相多場(chǎng)耦合作用更增加了認(rèn)識(shí)地壓規(guī)律的難度。 (2) 對(duì)深部軟巖巷道支護(hù)的理論不夠完善 定性的支護(hù)理論雖具可操作性，但缺乏針對(duì)性和靈活性：傳統(tǒng)的支護(hù)理論把頂板和兩幫松動(dòng)圍巖的自重作為支護(hù)外載； 而現(xiàn)代的彈性理論是在理想的假設(shè)條件下研究支護(hù)對(duì)象問(wèn)題；目前國(guó)際上流行的新奧法 (只是一種方法，沒(méi)有確切的回答支護(hù)對(duì)象是什么的問(wèn)題；松動(dòng)圈支護(hù)理論所考慮的松動(dòng)圈是圍巖變形與破壞的最終產(chǎn)物， 忽略了軟巖中出現(xiàn)的各種較為復(fù)雜的情況和影響因素，其理論不夠嚴(yán)密。定量的支護(hù)理論研究水平目前難以變成實(shí)用的可操作性的支護(hù)理論，但是它考慮各種因素的本構(gòu)關(guān)系、涉及各種參數(shù)，如果確定支護(hù)力的大小，再加上強(qiáng)度理論或穩(wěn)定準(zhǔn)則，可將力學(xué)模型用于支中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 5護(hù)力的大小設(shè)計(jì)。這種方法如果參數(shù)過(guò)多，計(jì)算工程量就過(guò)大；但是如果參數(shù)過(guò)少，又難考慮支護(hù)過(guò)程和圍巖變形過(guò)程。所以在保證工程需要的前提下，建立合適的模型顯得非常重要。 (3) 支護(hù)參數(shù)確定不盡合理 由于以前工程人員缺乏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的考察和研究，在巷道支護(hù)設(shè)計(jì)中，僅僅根據(jù)工程類比來(lái)選定支護(hù)參數(shù)，憑工程經(jīng)驗(yàn)的成分居多。由此導(dǎo)致巷道支護(hù)不久就出現(xiàn)變形破壞嚴(yán)重。分析支護(hù)的作用機(jī)理時(shí)，錨桿的間距和排距影響著錨桿和圍巖共同形成的支護(hù)體的強(qiáng)度，因此須通過(guò)試驗(yàn)取得符合特定礦山的數(shù)值?；炷恋膰妼雍穸纫彩怯绊懼ёo(hù)體穩(wěn)定性的另外一個(gè)因素，根據(jù)工程實(shí)際，采用工程類比法和經(jīng)驗(yàn)公式才能選取恰當(dāng)?shù)膮?shù)。 (4) 施工工藝不甚恰當(dāng) 在現(xiàn)場(chǎng)，不嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工，為了圖施工方便而改變施工作業(yè)時(shí)間，顛倒了施工工序，錯(cuò)過(guò)了對(duì)巷道圍巖控制的最佳時(shí)間。 最后參考國(guó)內(nèi)外的相似工程，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可確定最終的方案。 題來(lái)源及研究意義 本論文即在此背景下，依托國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目和校企合作項(xiàng)目“貴州開(kāi)陽(yáng)磷礦深部開(kāi)采巷道支護(hù)優(yōu)化方案研究” ，展開(kāi)一系列的科學(xué)研究。 目前， 貴州開(kāi)磷集團(tuán)在礦山開(kāi)采中出現(xiàn)了一系列地壓?jiǎn)栴}， 如圖 1圖 1 圖 1貴州開(kāi)磷集團(tuán)礦山開(kāi)采后地表破壞圖 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 6圖 1貴州開(kāi)磷集團(tuán)礦山由于開(kāi)采后地下破壞圖 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 工程概況 7第二章 工程概況 程概況 貴州開(kāi)磷集團(tuán)是集科研、采礦、化工、經(jīng)貿(mào)、建筑安裝于一體的大型國(guó)有化工企業(yè)集團(tuán)，是我國(guó)三大磷礦石生產(chǎn)基地之一，也是我國(guó)西部邊陲貴州的重點(diǎn)骨干企業(yè)。隨著礦山淺部礦床開(kāi)采完畢，公司下屬礦山中已有多個(gè)礦山的開(kāi)拓、采準(zhǔn)工作進(jìn)入到 +600m+800 水平， 距地表深度達(dá) 600m700m， 礦床地壓顯現(xiàn)嚴(yán)重，因而帶來(lái)的問(wèn)題是：礦山主要開(kāi)拓及采準(zhǔn)巷道支護(hù)困難，原有的支護(hù)技術(shù)與措施失效，巷道返修率高，永久性巷道支護(hù)后存在經(jīng)常性冒頂、片幫、底鼓等現(xiàn)象，需要多次維護(hù)與加固，維護(hù)工作量大，支護(hù)成本高；新建的采準(zhǔn)巷道雖然支護(hù)時(shí)間短，但維護(hù)量大，作業(yè)不安全，給礦山的正常安全開(kāi)采帶來(lái)了嚴(yán)重影響。 馬路坪礦一期延深開(kāi)采工程系國(guó)家“八五”重點(diǎn)項(xiàng)目之一，建設(shè)規(guī)模 100萬(wàn)噸 /年生產(chǎn)能力。馬路坪礦段位于洋水背斜東翼，為一單斜構(gòu)造，地層傾向120 130，傾角 30 35。馬路坪北區(qū)目前開(kāi)采現(xiàn)狀是：現(xiàn)在 820m 中段以上已回采完畢， 750m 中段下盤(pán)礦開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)全部形成，主斜坡道已經(jīng)施工到 700m 標(biāo)高，正在施工 700m 中段運(yùn)輸平巷。 調(diào)查馬路坪礦現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)拓和使用的巷道發(fā)現(xiàn)具有典型破壞特征的巷道及地點(diǎn)如下： （ 1） +860m 主斜坡道底部 Y 型交叉點(diǎn)附近，工程長(zhǎng)度 60 m。 巖性：紅頁(yè)巖。 施工時(shí)間： 1994 年。 原來(lái)支護(hù)：鋼筋砂漿錨桿（長(zhǎng) 2m） 、噴漿（交叉點(diǎn)拱部有鋼筋網(wǎng)） 。 破壞情況：兩幫開(kāi)裂剝落、片幫、有大裂縫，拱部局部開(kāi)裂剝落。 破壞情況照片，見(jiàn) 圖 2 （ 2） +860m 主斜坡道底部 T 型交叉點(diǎn)以南，工程全長(zhǎng) 60m。 巖性：紅頁(yè)巖與砂巖交界。 施工時(shí)間： 1994 年。 支護(hù)方式：鋼筋砂漿錨桿（長(zhǎng) 2m） 、噴漿。 破壞形式：水溝幫及拱部嚴(yán)重開(kāi)裂剝落、片幫，對(duì)幫局部開(kāi)裂剝落。 曾經(jīng)整改措施：去除開(kāi)裂剝落層，拱部鋼筋砂漿錨桿、兩幫管縫式錨桿 打鋼筋網(wǎng)，噴漿（厚度 100。 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 工程概況 8圖 2+860 m 主斜坡道變形情況 （ 3） +820m 運(yùn)輸大巷 線冒頂處，工程全長(zhǎng) 70m。 巖性：紅頁(yè)巖。 施工時(shí)間： 1996 年。 原來(lái)支護(hù)情況：鋼筋砂漿錨桿（長(zhǎng) 2m） 、噴漿支護(hù)。 破壞情況：噴層部分面積開(kāi)裂，片幫，頂板局部剝落，底鼓。 叉點(diǎn)，冒頂支撐，石灰石與水泥混凝土砌支護(hù)。 破壞情況照片，見(jiàn) 圖 2圖 2 圖 2+820 m 中段運(yùn)輸巷片幫情況 圖 2+820 m 中段大巷鼓出坍塌情況 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 工程概況 9（ 4） +750m 主斜坡道，工程合計(jì)總長(zhǎng) 100m。 其一： 3#調(diào)車(chē)硐室上口起向上 20 50 m 段，長(zhǎng) 30m。 巖性：紅頁(yè)巖。 施工時(shí)間： 1999 2000 年。 原來(lái)支護(hù)情況：鋼筋砂漿錨桿（長(zhǎng) 2m） 、噴漿。 破壞情況：噴層部分面積開(kāi)裂，局部剝落。 其二： 3#調(diào)車(chē)硐室上口起向下 110m 段，折合長(zhǎng)度 70m。 巖性：紅頁(yè)巖。 施工時(shí)間： 1999 年 。 原來(lái)支護(hù)情況：鋼筋砂漿錨桿（長(zhǎng) 2 m） 、噴漿。 破壞情況：噴層大面積開(kāi)裂剝落；局部片幫、冒頂，左幫下部變形較嚴(yán)重。 圖 2750 m 中段斜坡道頂板冒落情況 （ 5） +750m 中段運(yùn)輸平巷和主斜坡道 工程段長(zhǎng)度分別為 90m、 50m、 40m、 750 斜坡道底 160m， 合計(jì) 340m。 其一： 。 叉點(diǎn) S 口起到 ，長(zhǎng) 90m。 巖性：紅頁(yè)巖。 施工時(shí)間： 2001 年。 原來(lái)支護(hù)情況：鋼筋砂漿錨桿（長(zhǎng) 2m） 、噴漿。 破壞情況：噴層大面積的開(kāi)裂剝落；局部片幫冒頂。 其二： 。 叉點(diǎn) N 口起以 ，長(zhǎng) 50m。 巖性：紅頁(yè)巖。 施工時(shí)間： 2001 年。 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 工程概況 10 原來(lái)支護(hù)情況：鋼筋砂漿錨桿（長(zhǎng) 2m） 、噴漿。 破壞情況：大面積的冒頂，冒頂高度達(dá) m。地坪因底鼓嚴(yán)重傾斜破壞。多次進(jìn)行過(guò)素噴整改，效果不佳。 其三： 水井段工程長(zhǎng)度 40m。 巖性：紅頁(yè)巖。 施工時(shí)間： 2001 年。 原來(lái)支護(hù)情況：鋼筋砂漿錨桿（長(zhǎng) 2m） 、噴漿。 破壞情況：大面積的冒頂，冒頂高度達(dá) m。地坪因底鼓嚴(yán)重傾斜破壞。多次進(jìn)行過(guò)素噴整改，效果不佳。 其四： +750m 斜坡道底 工程長(zhǎng)度 160m。 巖性：紅頁(yè)巖。 施工時(shí)間： 2000 2001 年。 原來(lái)支護(hù)情況：拱部鋼筋砂漿錨桿（長(zhǎng) 2m） 、噴漿。 破壞情況：噴層大面積開(kāi)裂剝落，局部片幫冒頂。 其破壞情況如圖 2圖 2示。 圖 2 700m 斜坡道片幫情況 圖 2 700m 斜坡道側(cè)幫鼓出情況 其五： +750m 3#盤(pán)區(qū)斜坡道，所報(bào)方案工程內(nèi)容，局部整改 100m。 巖性：紅頁(yè)巖。 施工時(shí)間： 2001 2003 年。 原來(lái)支護(hù)情況：管縫式錨 桿打鐵絲網(wǎng)（拱部） 、噴漿。其中 750 765分層段為拱部鋼筋砂漿錨桿（長(zhǎng) 2m） 、噴漿支護(hù)。 破壞情況：內(nèi)彎幫普遍開(kāi)裂剝落，局部片 幫；拱部及外彎幫局部開(kāi)裂剝落，片幫；部分地段有冒頂。其中 765m 分層附近 70 m 段幫頂破壞較嚴(yán)重， 7750 m 段已于 2004 年進(jìn)行過(guò)全斷面錨噴網(wǎng)（鋼筋網(wǎng)）整改。 （ 6） +700m 中段運(yùn)輸平巷 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 工程概況 11 巖性：紫紅色頁(yè)巖。 施工時(shí)間： 2003 年。 原來(lái)支護(hù)