回采巷道围岩峰后大变形规律及稳定性控制研究

发布时间：2017-10-22 11:11

  本文关键词：回采巷道围岩峰后大变形规律及稳定性控制研究

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【摘要】：随着我国煤炭资源开采不断转向深部开采,巷道围岩发生峰后大变形已发展成为一种普遍现象。由于回采巷道在巷道布置及岩性选择方面存在一定局限性,且受工作面采动与临近巷道掘进影响较大,往往导致矿压显现较为剧烈,因而回采巷道围岩极易发生峰后大变形,甚至绝大部分巷道围岩从掘进开始就已经处于峰后破坏状态。回采巷道具有服务年限短、开掘里程长、开掘次数频繁、安全性能要求高的特点。如何平衡安全与经济这对相互矛盾的关系,始终是巷道支护领域面临的一个难题。为了能够有效控制因回采巷道围岩发生峰后大变形而诱发巷道灾变,本文运用理论分析、实验室物理力学试验及RFPA数值模拟等手段相结合,针对回采巷道大变形渐进演化规律、失稳机理、围岩支护—平衡规律、支护控制技术等作了深入研究,主要做了以下工作:(1)运用实验室力学试验以及RFPA数值试验等手段研究岩体在单向与三向压缩状态下的破裂规律,尤其是通过RFPA模拟,对岩体从起裂到破坏的整个过程进行分析,得出岩体破裂全过程中伴随的声发射规律。(2)运用RFPA数值模拟对四种典型回采巷道渐进演化规律进行研究,得出回采巷道的演化过程都是随着巷道软弱部位的劣化,最终导致上覆顶板破断垮落,从而导致巷道的整体性失稳。(3)基于岩体破裂规律研究,对大变形回采巷道围岩进行分区,认为大变形巷道的峰后变形是一个渐进演化的动态过程,巷道的变形失稳体现出一定的渐进性与动态性。(4)基于对回采巷道大变形过程中围岩波动性平衡规律的系统性分析,从破损力学角度出发,通过对围岩各区的载荷分担进行推导,推导出其所需支护力的大小,验证了峰后区围岩—支护力之间存在波动性平衡规律。(5)基于大变形回采巷道中峰后围岩各分区载荷带与承载带相互转化作用机制研究,在理论上构想出一种可伸缩—注浆式锚杆,使得处于不同分区的峰后围岩能充分发挥其承载能力,以达到控制围岩大变形的目的。
【关键词】：大变形规律 RFPA数值模拟 支护平衡 稳定性控制
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 选题背景及其意义11-12
• 1.2 研究现状及文献综述12-15
• 1.2.1 岩石峰后特性研究现状12-13
• 1.2.2 巷道围岩峰后变形机理研究现状13-14
• 1.2.3 围岩峰后大变形控制理论及技术研究现状14-15
• 1.2.4 目前存在的问题15
• 1.3 研究内容及技术路线15-19
• 1.3.1 研究内容15-16
• 1.3.2 技术路线16-19
• 第二章 岩体破裂规律研究19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 单向压缩作用下岩体破裂规律研究19-27
• 2.2.1 全应力—应变曲线19-21
• 2.2.2 岩体单轴抗压力学试验21-23
• 2.2.3 岩体单轴抗压数值模拟23-27
• 2.3 三向压缩作用下岩体破裂规律研究27-33
• 2.3.1 岩体常规三轴试验建模27-28
• 2.3.2 不同围压下岩体破裂规律28-33
• 2.4 小结33-35
• 第三章 回采巷道围岩峰后大变形渐进演化规律数值模拟研究35-59
• 3.1 引言35-36
• 3.2 RFPA数值软件基元本构特性分析36-37
• 3.3 回采巷道围岩大变形渐进演化规律数值模拟研究37-58
• 3.3.1 材料主要参数37
• 3.3.2 两帮较软弱型巷道渐进演化规律37-42
• 3.3.3 顶、帮较软弱型巷道渐进演化规律42-48
• 3.3.4 底、帮较软弱型巷道渐进演化规律48-52
• 3.3.5 顶、底、帮岩性相近型巷道渐进演化规律52-58
• 3.4 小结58-59
• 第四章 回采巷道围岩峰后大变形机理及支护—平衡规律研究59-81
• 4.1 引言59
• 4.2 围岩大变形影响因素分析59-61
• 4.2.1 地质因素59-60
• 4.2.2 时间因素60
• 4.2.3 支护时机与支护强度因素60-61
• 4.3 巷道围岩峰后大变形演化过程及分区研究61-62
• 4.3.1 巷道围岩峰后大变形演化过程61-62
• 4.3.2 峰后大变形巷道围岩分区62
• 4.4 回采巷道围岩失稳机理研究62-70
• 4.4.1 巷道两帮失稳机理62-64
• 4.4.2 巷道边角部位失稳机理64-67
• 4.4.3 巷道顶板失稳机理67-70
• 4.4.4 巷道底板失稳机理70
• 4.5 峰后状态下围岩-支护平衡规律研究70-79
• 4.5.1 支护结构与围岩共同承载机制71-72
• 4.5.2 围岩大变形峰后各区承载机制72-73
• 4.5.3 峰后阶段围岩载荷块与承载块相互转化机制73
• 4.5.4 峰后大变形回采巷道围岩波动性平衡规律73-75
• 4.5.5 基于荷载分担原理的支护—平衡规律研究75-79
• 4.6 小结79-81
• 第五章 回采巷道围岩峰后大变形控制技术研究81-91
• 5.1 引言81
• 5.2 回采巷道锚固控制技术分析81-86
• 5.2.1 回采巷道围岩控制理论81-83
• 5.2.2 两帮较软弱型巷道锚固控制方式83-84
• 5.2.3 顶、帮较软弱型巷道锚固控制方式84
• 5.2.4 底、帮较软弱型巷道锚固控制方式84-85
• 5.2.5 顶、底、帮岩性相近型巷道锚固控制方式85-86
• 5.3 峰后阶段内围岩控制技术研究86-90
• 5.3.1 破裂围岩主要控制方法86-87
• 5.3.2 可伸缩—注浆式锚杆理论构想87-88
• 5.3.3 可伸缩—注浆式锚杆支护原理88-90
• 5.4 小结90-91
• 第六章 结论与展望91-93
• 6.1 结论91-92
• 6.2 展望92-93
• 参考文献93-97
• 致谢97-99
• 附录A：攻读硕士期间发表的学术论文99
• 附录B：攻读硕士期间参与的科研项目99
• 附录C：攻读硕士期间参加的学术会议及进行的学术报告99

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本文编号：1078099