深部巷道耦合支承層力學(xué)分析及分層支護(hù)控制研究.pdf

1、隨著煤礦進(jìn)入千米開采階段，如何掌握深部開挖巷道圍巖力學(xué)支承結(jié)構(gòu)的承載特性和失穩(wěn)機(jī)理，制定合理的圍巖控制技術(shù)，越來(lái)越受到煤礦企業(yè)的重視。但針對(duì)圍巖力學(xué)支承層劃分方法、支承層的承載范圍變化規(guī)律、支承層力學(xué)承載特性與巷道結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)相互作用關(guān)系、支承層穩(wěn)定性影響因素、巷道結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)支護(hù)控制方法等深層次問(wèn)題亟待解決。
　　本論文以深部巷道耦合支承層力學(xué)分析及分層支護(hù)控制為研究對(duì)象，綜合巖石力學(xué)試驗(yàn)、數(shù)值仿真技術(shù)、理論研究和巷道模型試驗(yàn)以及工

2、程實(shí)測(cè)等研究方法，提出深部巷道圍巖“強(qiáng)-弱-關(guān)鍵”耦合支承層劃分方法和參考標(biāo)準(zhǔn)，建立深部開挖巷道圍巖耦合支承層力學(xué)模型，掌握耦合支承層的承載范圍形成和演化規(guī)律，對(duì)比分析耦合支承層劃分合理性，研究深部巷道“強(qiáng)-弱-關(guān)鍵”耦合支承層力學(xué)承載特性，探討圍巖耦合支承層穩(wěn)定性與巷道結(jié)構(gòu)性破壞作用關(guān)系，分析耦合支承層穩(wěn)定性影響因素，提出巷道耦合支承層穩(wěn)定性分層支護(hù)控制方法，研究高水平應(yīng)力下分層支護(hù)巷道支承結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和圍巖結(jié)構(gòu)性破裂發(fā)展特點(diǎn)，最后科學(xué)

3、化定量設(shè)計(jì)巷道結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)分層支護(hù)對(duì)策。主要進(jìn)行以下相關(guān)研究工作:
　　1)深部巷道“強(qiáng)-弱-關(guān)鍵”耦合支承層力學(xué)承載機(jī)制。針對(duì)某千米深部巷道，選擇穩(wěn)定性較差的交叉點(diǎn)硐室展開研究。采用現(xiàn)場(chǎng)取芯和室內(nèi)二次定角度取樣，進(jìn)行不同方向巖石的力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。利用單/雙弦式應(yīng)力計(jì)，測(cè)試巷道開挖-支護(hù)過(guò)程中次生應(yīng)力場(chǎng)演化規(guī)律，提出圍巖“強(qiáng)-弱-關(guān)鍵”耦合支承層力學(xué)模型劃分方法，分析耦合支承層承載范圍變化特點(diǎn)，基于鉆孔窺視掌握松動(dòng)圈的形成和演化規(guī)律以

4、及實(shí)測(cè)圍巖“內(nèi)-主”支承層承載結(jié)構(gòu)特征，判定圍巖耦合支承層劃分的合理性，數(shù)值研究巷道開挖-支護(hù)過(guò)程中，圍巖耦合支承層的承載特征及其對(duì)巷道穩(wěn)定性影響，進(jìn)而闡明深部巷道耦合支承層的力學(xué)承載機(jī)制。
　　2)深部巷道“強(qiáng)-弱-關(guān)鍵”耦合支承層彈塑性力學(xué)理論研究?？紤]圍巖耦合支承層力學(xué)模型，推導(dǎo)巷道彈塑性破壞與圍巖耦合支承層之間力學(xué)作用方程;考慮深部巖石力學(xué)性質(zhì)，選擇合理的巖石本構(gòu)模型;在巷道“開挖-支護(hù)”工程背景下，建立開挖卸荷效應(yīng)圍巖力

5、學(xué)模型、“圍巖-支護(hù)”耦合力學(xué)模型。通過(guò)算例分析，研究耦合支承層穩(wěn)定性與巷道破壞之間耦合作用機(jī)制，分析圍巖耦合支承層穩(wěn)定性影響因素，闡明巷道結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)機(jī)理。耦合支承層穩(wěn)定性研究，包括圍巖次生應(yīng)力峰值轉(zhuǎn)移、應(yīng)力集中程度和圍巖強(qiáng)度劣化等。
　　3)深部巷道“強(qiáng)-弱-關(guān)鍵”耦合支承層穩(wěn)定性分層支護(hù)控制效果。對(duì)應(yīng)理論研究建立當(dāng)量圓巷道模型，由理論研究提供的裸巷支承層結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)當(dāng)量圓巷道分層支護(hù)方法。由前文數(shù)值模擬直墻半圓拱裸巷的支承層

6、結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)相應(yīng)的分層支護(hù)。利用FLAC3D對(duì)比模擬裸巷-原支護(hù)-分層支護(hù)下巷道支承層穩(wěn)定性和圍巖破壞特征，分析分層支護(hù)方案的合理性。
　　4)高水平應(yīng)力下分層支護(hù)巷道力學(xué)模型試驗(yàn)。采用巷道力學(xué)模型實(shí)驗(yàn)，分別設(shè)計(jì)當(dāng)量圓、直墻半圓拱巷道的力學(xué)模型。通過(guò)自制平面應(yīng)力模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高水平應(yīng)力加載，研究高水平應(yīng)力對(duì)裸巷耦合支承層穩(wěn)定性和圍巖結(jié)構(gòu)性破裂發(fā)展的不利影響，根據(jù)裸巷耦合支承層的承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分層支護(hù)，研究分層支護(hù)對(duì)于限制高水平應(yīng)