深部煤巷圍巖控制內(nèi)、外承載結(jié)構(gòu)耦合穩(wěn)定原理的研究.pdf

1、深部煤巷圍巖控制是煤礦深部開采的技術(shù)難題之一。在分析深部煤巷礦壓顯現(xiàn)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有圍巖控制理論成果，提出了內(nèi)承載結(jié)構(gòu)和外承載結(jié)構(gòu)的概念，建立了內(nèi)、外承載結(jié)構(gòu)模型，采用實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場觀測等手段對深部煤巷圍巖穩(wěn)定性控制機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： (1)通過分析巖石軟化、擴(kuò)容、蠕變、松弛和長時強(qiáng)度等力學(xué)性質(zhì)，得出了它們與圍巖應(yīng)力場演化的關(guān)系。進(jìn)行變應(yīng)力路徑下的巖石峰后蠕變試驗(yàn)，結(jié)果表明

2、：損傷程度影響峰后蠕變特性，損傷程度越大，蠕變速率越快，蠕變失穩(wěn)時間越短；圍壓增量可以從根本上改變峰后蠕變特性，降低蠕變速率，延長蠕變失穩(wěn)時間，促使峰后蠕變由非穩(wěn)定蠕變向穩(wěn)定蠕變轉(zhuǎn)化。這些規(guī)律為破裂區(qū)圍巖穩(wěn)定性分析和控制提供了理論依據(jù)。 (2)對深部巷道圍巖深基點(diǎn)位移觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出圍巖應(yīng)變的空間分布具有波狀特征；通過數(shù)值模擬分析，得出深部煤巷圍巖應(yīng)變、圍巖應(yīng)變軟化系數(shù)和圍巖應(yīng)力的空間分布均具有波狀特征，且它們?nèi)咧g存在

3、有機(jī)的聯(lián)系。結(jié)合圍巖變形觀測和數(shù)值模擬的結(jié)果，分析得到了內(nèi)、外承載結(jié)構(gòu)在受力、變形及性狀等方面的力學(xué)特征，為在工程應(yīng)用中界定外承載結(jié)構(gòu)提供了依據(jù)。 (3)建立了圓形巷道內(nèi)、外承載結(jié)構(gòu)相互作用彈塑性理論模型，得到了圍巖塑性區(qū)和破碎區(qū)半徑、圍巖應(yīng)力及圍巖位移的表達(dá)式。建立了煤巷煤幫內(nèi)、外承載結(jié)構(gòu)相互作用彈塑性理論模型，推導(dǎo)了煤幫塑性區(qū)寬度、煤幫圍巖應(yīng)力、煤幫水平位移的表達(dá)式。應(yīng)用圓形巷道和煤幫內(nèi)、外承載結(jié)構(gòu)相互作用彈塑性理論分析結(jié)果

4、，推導(dǎo)了外承載結(jié)構(gòu)有關(guān)特征參數(shù)的表達(dá)式，揭示了外承載結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與巷道圍巖穩(wěn)定性的關(guān)系，以及內(nèi)承載結(jié)構(gòu)支護(hù)強(qiáng)度與外承載結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的關(guān)系。 (4)進(jìn)行三維數(shù)值計(jì)算，研究了深部煤巷開挖、支護(hù)的空間效應(yīng)，得出無支護(hù)、錨桿支護(hù)和錨桿錨索支護(hù)巷道外承載結(jié)構(gòu)形成的規(guī)律，分析了錨桿支護(hù)參數(shù)對外承載結(jié)構(gòu)形成過程的影響。建立圓形巷道粘彈塑性軟化分析模型，得到了圍巖塑性區(qū)和破碎區(qū)半徑、圍巖應(yīng)力、圍巖位移及外承載結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的表達(dá)式，分析了外承載結(jié)

5、構(gòu)隨時間的演化過程及內(nèi)承載結(jié)構(gòu)所起的作用。建立煤幫外承載結(jié)構(gòu)時間效應(yīng)分析模型，推導(dǎo)了煤幫塑性區(qū)應(yīng)力和煤幫外承載結(jié)構(gòu)內(nèi)邊界位置的表達(dá)式，分析了煤幫外承載結(jié)構(gòu)隨時間的移動過程及內(nèi)承載結(jié)構(gòu)支護(hù)強(qiáng)度的影響。 (5)提出了外承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的條件和巷道圍巖穩(wěn)定的條件，探討了內(nèi)承載結(jié)構(gòu)促使外承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的機(jī)理。分析了錨桿支護(hù)、注漿加固、支架支護(hù)等形式內(nèi)承載結(jié)構(gòu)的時間效應(yīng)、承載能力和支撐作用效果；分析了錨索支護(hù)對內(nèi)、外承載結(jié)構(gòu)的作用。根據(jù)內(nèi)承載結(jié)