渗水泥化巷道失稳机理与安全控制对策.docx

PAGE \* MERGEFORMAT61 渗水泥化巷道 失稳机理与安全控制对策 Seepage Argillaceous Roadway Instability Mechanism and Safety Control Measures 摘要 本文针对淮北矿区高应力、围岩松散破碎、泥质岩性、受水影响显著等复杂地质条件下的渗水泥化巷道围岩稳定控制技术难题开展了深入研究，通过深入细致的工程地质调研，结合实验室试验、分子模拟及数值计算，分析了高承压水侵入巷道失稳原因，揭示了浸水泥岩泥化流变演化规律，得到了渗水泥化巷道失稳机理，研发了适用泥化巷道围岩控制的安全控制对策，研究成果如下： （1）通过深入细致的现场调研，发现巷道是在泥质软岩、地板承压水及各种应力扰动的共同作用下出现围岩泥化流变，最终导致巷道渗流失稳，其失稳变形本质上是围岩渗流场、应力场、损伤场三者相互耦合的结果，而渗流水对围岩的侵蚀是巷道变形破坏的关键因素。 （2）通过扫描电镜与X射线衍射仪对典型泥岩的微观结构与物质组成进行分析，并借助Materials Studio（简称MS）软件建立了蒙脱石的双晶胞结构模型，揭示了蒙脱石吸附水分子形成1、2、3层饱和水分子层的水化过程，结合蒙脱石型泥岩不同浸水程度的微观结构变化，研究了随着粘土矿物水化程度加强，泥岩微观颗粒脱落、裂隙增加，致使泥岩在宏观上出现泥化流变破坏现象的过程。 （3）运用MS软件forcite模块对吸附1、2、3层饱和水分子层的蒙脱石模型进行分子能量优化，发现蒙脱石分子模型多面体结构发生不规则变化，模型总能量大幅度下降，形成能量最小化结构体系，致使泥岩力学性能降低直至丧失力学强度，直接导致了泥岩微观结构发生破坏，最终形成无强度的泥化混合物。 （4）采用数值模拟手段研究了渗水泥化巷道位移变化规律，发现泥化巷道开挖后迅速发生变形，顶底板及两帮移近量达到1500mm，巷道净断面面积缩小50%，泥化围岩根本无法维持巷道稳定。 （5）针对渗水泥化巷道失稳机理，制定一套疏水降压、强化围岩及构造高强度支护体系的安全控制对策，其本质在于疏导承压水的基础上，置换原有的泥化围岩为混凝土墙体，并配以注浆手段不断提高泥岩自身整体强度和稳定性，从而构建多喷浆层、高度密贴岩面的强韧封层结构，形成巷道支护圈体。 （6）在淮北矿区朱仙庄煤矿Ⅱ水平皮带机大巷开展了渗水泥化巷道治理的验证研究和工业性试验，巷道维控效果良好，表明控制技术选用得当，有效保证了巷道的正常使用，取得了良好的经济与社会效益。 该论文有图50幅，表6个，参考文献90篇。 关键词：泥化巷道；分子模拟；泥化流变；失稳机理；强韧封层 PAGE \* MERGEFORMATXII Abstract Because of the highly stress, loosed and politic surrounding rock and easily water affected etc., complicated geological conditions, roadway in Huaibei mining area is water seepaged and politic. This article aims at a further study of surrounding rock stability control problem. By intensive engineering geology survey, lab test, molecular simulation and numerical calculation, this article analysis the reason the confined water seepages in the unstable roadway, reveales the evolution rule, get the mechanism of the water seepaged and politic roadway loosing the stability and develop the control measures. The research achievements are as listed below: (1) Intensive site surveys find that the roadway surrounding rock become flowing deformation and argillization under the combined action among argillaceous soft rock, confined water and stress distur