大断面软弱煤帮巷道注浆体力学特性与控制技术研究
发布时间：2022-10-06 16:08
针对复杂条件下大断面软弱煤帮巷道支护中出现的诸多难题,本文依托国家自然科学基金项目“大断面巷道快速掘进与支护基础”和中国矿业大学（北京）博士研究生拔尖创新人才培育基金项目“软弱煤岩实验室注浆试验”,以山西曙光煤业二采区轨道巷软弱煤帮支护为研究背景,基于实验室试验、数值模拟、理论分析和现场试验,对大断面软弱煤帮巷道注浆体力学特性与控制技术进行研究,主要研究成果如下。（1）曙光煤业二采区围岩地质力学评价及大断面软弱煤帮巷道支护对策研究实验室试验得出,曙光煤业二采区轨道帮部煤层松软,顶、底板泥岩强度不高,且富含伊利石/蒙脱石混层、伊利石和高岭石等粘土矿物,巷道顶、底板围岩属于强膨胀性软岩。现场地应力测试结果表明,曙光煤业二采区地应力场以自重应力为主导,最大主应力方向与垂直面夹角为5°,接近于垂直方向,应力值为14.35MPa;中间主应力方向与水平面夹角为2.84°,应力值为12.80MPa;最小主应力方向与水平面夹角为4°,应力值为8.92MPa;中间主应力、最小主应力方向基本与最大主应力相垂直。声波法、窥视法测试围岩松动圈结果表明,曙光煤业二采区轨道巷顶板围岩松动圈范围为2.0-2.2m,...
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 软弱煤帮巷道支护理论发展概况
1.2.2 软弱煤帮巷道注浆技术发展概况
1.2.3 软弱煤帮巷道注浆理论发展概况
1.2.4 软弱煤帮巷道注浆材料发展概况
1.2.5 存在的问题
1.3 主要研究内容及技术路线
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 技术路线
2 曙光煤业二采区围岩地质力学评价及大断面软弱煤帮巷道支护对策研究
2.1 工程概况
2.1.1 矿井概况
2.1.2 二采区轨道巷概况
2.2 围岩物理力学参数测试
2.2.1 试样采集
2.2.2 试件加工
2.2.3 试验设备
2.2.4 试验方案
2.2.5 试验分析
2.2.6 试验结果
2.3 围岩矿物成分分析
2.3.1 试样采集
2.3.2 测试内容
2.3.3 试验设备
2.3.4 试验方案
2.3.5 试验分析
2.3.6 试验结果
2.4 巷道现场地应力测试
2.4.1 测试方法
2.4.2 测试设备
2.4.3 测试地点选择
2.4.4 测试步骤
2.4.5 测试结果
2.5 围岩松动圈范围测试
2.5.1 松动圈的形成
2.5.2 测试目的
2.5.3 测试方法选取
2.5.4 声波法测试松动圈范围
2.5.5 窥视法测试松动圈范围
2.5.6 测试结果
2.6 围岩变形破坏机制分析
2.7 大断面软弱煤帮巷道支护对策研究
2.7.1 围岩加固支护原则
2.7.2 围岩加固支护技术
2.8 本章小结
3 大断面软弱煤帮巷道围岩实验室注浆试验及微细观特性研究
3.1 试验概述
3.2 破坏煤层等效试件制作
3.2.1 试样采集与加工
3.2.2 试验设备
3.2.3 试验方案
3.3 注浆浆液配比优化试验
3.3.1 试验材料
3.3.2 试验设备
3.3.3 试验方案
3.3.4 析水率试验研究
3.3.5 单轴抗压强度试验研究
3.3.6 试验结果
3.4 破坏煤层等效试件实验室注浆试验
3.4.1 试验设备
3.4.2 试验方案
3.4.3 试验结果
3.5 实验室注浆试验效果分析
3.5.1 单轴压力试验分析
3.5.2 CT扫描与图像分析
3.5.3 分形维数计算与分析
3.5.4 SEM电镜扫描与细观断口形貌分析
3.6 本章小结
4 大断面软弱煤帮巷道注浆加固围岩稳定性数值模拟研究
4.1 概述
4.2 巷道模型建立
4.2.1 模型建立及网格划分
4.2.2 本构模型选取及赋值
4.2.3 边界条件及加载方式
4.3 原支护方式下巷道围岩稳定性分析
4.3.1 巷道原支护方式
4.3.2 模拟结果分析
4.4 注浆位置对巷道围岩稳定性影响
4.5 巷帮深部注浆深度对巷道围岩稳定性影响
4.6 巷道注浆加固方案及围岩稳定性分析
4.7 本章小结
5 大断面软弱煤帮巷道围岩注浆结构体力学特性研究
5.1 概述
5.2 本构模型基本元件
5.3 锚杆、锚索、围岩本构模型
5.4 巷道软弱煤帮围岩与支护体本构模型
5.5 巷道软弱煤帮注浆后围岩与支护体本构模型
5.6 本章小结
6 大断面软弱煤帮巷道注浆加固技术现场应用研究
6.1 工程概述
6.2 大断面软弱煤帮巷道注浆加固技术
6.2.1 注浆加固工艺
6.2.2 注浆材料
6.2.3 注浆参数设计
6.3 大断面软弱煤帮巷道注浆加固围岩稳定性监测与分析
6.3.1 巷道注浆加固围岩矿压监测
6.3.2 巷道注浆加固围岩松动圈范围测试
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
在学期间发表的学术论文
在学期间发明的专利
在学期间参加科研项目
主要获奖
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于注浆试验的深井软岩CT分析[J]. 杨仁树,薛华俊,郭东明,何天宇,李涛涛,赵鹏飞,张艳秋. 煤炭学报. 2016(02)
[2]超千米深井巷道围岩变形特征与支护技术[J]. 康红普,范明建,高富强,张辉. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[3]破碎煤巷围岩松动范围窥视及支护方案优化研究[J]. 王树岗,薛华俊. 煤炭工程. 2015(11)
[4]复杂岩层大断面硐室群围岩破坏机理及控制[J]. 杨仁树,薛华俊,郭东明,李永亮,李涛涛,薛军正. 煤炭学报. 2015(10)
[5]极软煤层巷道钻孔卸压与U型钢协同控制[J]. 马振乾,姜耀东,李彦伟,杨英明. 煤炭学报. 2015(10)
[6]深井高瓦斯工作面“一巷多用”瓦斯治理新模式[J]. 肖峻峰,陈洋洋,李平,樊世星,张锤金,许峰,卢平,童碧. 煤炭学报. 2015(10)
[7]深部大巷破碎围岩注浆支护技术[J]. 杨仁树,薛华俊,何天宇,郭东明,李涛涛,赵鹏飞. 煤矿安全. 2015(07)
[8]九龙煤矿深部岩体注浆浆液配比优化研究[J]. 杨仁树,薛华俊,李涛涛,何天宇,郭东明,张艳秋. 煤炭工程. 2015(02)
[9]深部开采的定量界定与分析[J]. 谢和平,高峰,鞠杨,高明忠,张茹,高亚楠,刘建峰,谢凌志. 煤炭学报. 2015(01)
[10]大断面软弱煤帮巷道注浆加固支护技术[J]. 杨仁树,薛华俊,郭东明,李涛涛,何天宇,高宗明. 煤炭科学技术. 2014(12)
博士论文
[1]孔隙砂岩化学注浆浆液渗透扩散机理[D]. 钱自卫.中国矿业大学 2014
[2]井下煤层气抽采钻井松散段随钻注浆护壁关键技术研究[D]. 路桂英.中国地质大学 2014
[3]岩体裂隙与管道动水注浆浆液扩散封堵机理研究[D]. 胡巍.中国矿业大学 2013
[4]水泥基速凝浆液地下工程动水注浆扩散封堵机理及应用研究[D]. 刘人太.山东大学 2012
[5]注浆结石体耐久性试验及评估理论研究[D]. 涂鹏.中南大学 2012
[6]砂砾地层盾构施工注浆效应及作用机理研究[D]. 於昌荣.上海交通大学 2011
[7]地下工程动水注浆过程中浆液扩散与封堵机理研究及应用[D]. 张霄.山东大学 2011
[8]裂隙岩体中隧道注浆加固理论研究及工程应用[D]. 黄戡.中南大学 2011
[9]注浆控制岩溶隧道突水地质灾害的机理和模拟方法研究[D]. 孙克国.山东大学 2010
[10]湖西矿井深部煤岩组合体宏细观破坏试验与理论研究[D]. 郭东明.中国矿业大学（北京） 2010
硕士论文
[1]蒙脱土/聚合物纳米复合材料的制备及性能研究[D]. 张晓亮.安徽大学 2013
[2]复杂地质条件下深井巷道地面预注浆加固和支护结构研究[D]. 孟晓洁.安徽理工大学 2012
[3]构造破碎带中煤层巷道支护技术研究[D]. 武鹏飞.太原理工大学 2010
[4]基于阈值的图像分割算法的研究[D]. 刘东菊.北京交通大学 2009
[5]深埋复合型软岩大断面硐室导硐法施工及支护技术研究[D]. 倪振强.山东科技大学 2009
[6]大断面煤层巷道围岩变形特征与支护参数研究[D]. 张占涛.煤炭科学研究总院 2009
[7]动压巷道变形破坏机理与修复加固技术研究[D]. 黄长国.安徽理工大学 2007
[8]动压影响下大巷围岩变形机理与卸压控制研究[D]. 张向阳.安徽理工大学 2007
[9]高压喷射注浆技术及其应用研究[D]. 陈春生.河海大学 2007
[10]深部高应力膨胀性软岩巷道喷锚注支护研究[D]. 黄超慧.西安科技大学 2006
本文编号：3686953
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 软弱煤帮巷道支护理论发展概况
1.2.2 软弱煤帮巷道注浆技术发展概况
1.2.3 软弱煤帮巷道注浆理论发展概况
1.2.4 软弱煤帮巷道注浆材料发展概况
1.2.5 存在的问题
1.3 主要研究内容及技术路线
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 技术路线
2 曙光煤业二采区围岩地质力学评价及大断面软弱煤帮巷道支护对策研究
2.1 工程概况
2.1.1 矿井概况
2.1.2 二采区轨道巷概况
2.2 围岩物理力学参数测试
2.2.1 试样采集
2.2.2 试件加工
2.2.3 试验设备
2.2.4 试验方案
2.2.5 试验分析
2.2.6 试验结果
2.3 围岩矿物成分分析
2.3.1 试样采集
2.3.2 测试内容
2.3.3 试验设备
2.3.4 试验方案
2.3.5 试验分析
2.3.6 试验结果
2.4 巷道现场地应力测试
2.4.1 测试方法
2.4.2 测试设备
2.4.3 测试地点选择
2.4.4 测试步骤
2.4.5 测试结果
2.5 围岩松动圈范围测试
2.5.1 松动圈的形成
2.5.2 测试目的
2.5.3 测试方法选取
2.5.4 声波法测试松动圈范围
2.5.5 窥视法测试松动圈范围
2.5.6 测试结果
2.6 围岩变形破坏机制分析
2.7 大断面软弱煤帮巷道支护对策研究
2.7.1 围岩加固支护原则
2.7.2 围岩加固支护技术
2.8 本章小结
3 大断面软弱煤帮巷道围岩实验室注浆试验及微细观特性研究
3.1 试验概述
3.2 破坏煤层等效试件制作
3.2.1 试样采集与加工
3.2.2 试验设备
3.2.3 试验方案
3.3 注浆浆液配比优化试验
3.3.1 试验材料
3.3.2 试验设备
3.3.3 试验方案
3.3.4 析水率试验研究
3.3.5 单轴抗压强度试验研究
3.3.6 试验结果
3.4 破坏煤层等效试件实验室注浆试验
3.4.1 试验设备
3.4.2 试验方案
3.4.3 试验结果
3.5 实验室注浆试验效果分析
3.5.1 单轴压力试验分析
3.5.2 CT扫描与图像分析
3.5.3 分形维数计算与分析
3.5.4 SEM电镜扫描与细观断口形貌分析
3.6 本章小结
4 大断面软弱煤帮巷道注浆加固围岩稳定性数值模拟研究
4.1 概述
4.2 巷道模型建立
4.2.1 模型建立及网格划分
4.2.2 本构模型选取及赋值
4.2.3 边界条件及加载方式
4.3 原支护方式下巷道围岩稳定性分析
4.3.1 巷道原支护方式
4.3.2 模拟结果分析
4.4 注浆位置对巷道围岩稳定性影响
4.5 巷帮深部注浆深度对巷道围岩稳定性影响
4.6 巷道注浆加固方案及围岩稳定性分析
4.7 本章小结
5 大断面软弱煤帮巷道围岩注浆结构体力学特性研究
5.1 概述
5.2 本构模型基本元件
5.3 锚杆、锚索、围岩本构模型
5.4 巷道软弱煤帮围岩与支护体本构模型
5.5 巷道软弱煤帮注浆后围岩与支护体本构模型
5.6 本章小结
6 大断面软弱煤帮巷道注浆加固技术现场应用研究
6.1 工程概述
6.2 大断面软弱煤帮巷道注浆加固技术
6.2.1 注浆加固工艺
6.2.2 注浆材料
6.2.3 注浆参数设计
6.3 大断面软弱煤帮巷道注浆加固围岩稳定性监测与分析
6.3.1 巷道注浆加固围岩矿压监测
6.3.2 巷道注浆加固围岩松动圈范围测试
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
在学期间发表的学术论文
在学期间发明的专利
在学期间参加科研项目
主要获奖
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于注浆试验的深井软岩CT分析[J]. 杨仁树,薛华俊,郭东明,何天宇,李涛涛,赵鹏飞,张艳秋. 煤炭学报. 2016(02)
[2]超千米深井巷道围岩变形特征与支护技术[J]. 康红普,范明建,高富强,张辉. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[3]破碎煤巷围岩松动范围窥视及支护方案优化研究[J]. 王树岗,薛华俊. 煤炭工程. 2015(11)
[4]复杂岩层大断面硐室群围岩破坏机理及控制[J]. 杨仁树,薛华俊,郭东明,李永亮,李涛涛,薛军正. 煤炭学报. 2015(10)
[5]极软煤层巷道钻孔卸压与U型钢协同控制[J]. 马振乾,姜耀东,李彦伟,杨英明. 煤炭学报. 2015(10)
[6]深井高瓦斯工作面“一巷多用”瓦斯治理新模式[J]. 肖峻峰,陈洋洋,李平,樊世星,张锤金,许峰,卢平,童碧. 煤炭学报. 2015(10)
[7]深部大巷破碎围岩注浆支护技术[J]. 杨仁树,薛华俊,何天宇,郭东明,李涛涛,赵鹏飞. 煤矿安全. 2015(07)
[8]九龙煤矿深部岩体注浆浆液配比优化研究[J]. 杨仁树,薛华俊,李涛涛,何天宇,郭东明,张艳秋. 煤炭工程. 2015(02)
[9]深部开采的定量界定与分析[J]. 谢和平,高峰,鞠杨,高明忠,张茹,高亚楠,刘建峰,谢凌志. 煤炭学报. 2015(01)
[10]大断面软弱煤帮巷道注浆加固支护技术[J]. 杨仁树,薛华俊,郭东明,李涛涛,何天宇,高宗明. 煤炭科学技术. 2014(12)
博士论文
[1]孔隙砂岩化学注浆浆液渗透扩散机理[D]. 钱自卫.中国矿业大学 2014
[2]井下煤层气抽采钻井松散段随钻注浆护壁关键技术研究[D]. 路桂英.中国地质大学 2014
[3]岩体裂隙与管道动水注浆浆液扩散封堵机理研究[D]. 胡巍.中国矿业大学 2013
[4]水泥基速凝浆液地下工程动水注浆扩散封堵机理及应用研究[D]. 刘人太.山东大学 2012
[5]注浆结石体耐久性试验及评估理论研究[D]. 涂鹏.中南大学 2012
[6]砂砾地层盾构施工注浆效应及作用机理研究[D]. 於昌荣.上海交通大学 2011
[7]地下工程动水注浆过程中浆液扩散与封堵机理研究及应用[D]. 张霄.山东大学 2011
[8]裂隙岩体中隧道注浆加固理论研究及工程应用[D]. 黄戡.中南大学 2011
[9]注浆控制岩溶隧道突水地质灾害的机理和模拟方法研究[D]. 孙克国.山东大学 2010
[10]湖西矿井深部煤岩组合体宏细观破坏试验与理论研究[D]. 郭东明.中国矿业大学（北京） 2010
硕士论文
[1]蒙脱土/聚合物纳米复合材料的制备及性能研究[D]. 张晓亮.安徽大学 2013
[2]复杂地质条件下深井巷道地面预注浆加固和支护结构研究[D]. 孟晓洁.安徽理工大学 2012
[3]构造破碎带中煤层巷道支护技术研究[D]. 武鹏飞.太原理工大学 2010
[4]基于阈值的图像分割算法的研究[D]. 刘东菊.北京交通大学 2009
[5]深埋复合型软岩大断面硐室导硐法施工及支护技术研究[D]. 倪振强.山东科技大学 2009
[6]大断面煤层巷道围岩变形特征与支护参数研究[D]. 张占涛.煤炭科学研究总院 2009
[7]动压巷道变形破坏机理与修复加固技术研究[D]. 黄长国.安徽理工大学 2007
[8]动压影响下大巷围岩变形机理与卸压控制研究[D]. 张向阳.安徽理工大学 2007
[9]高压喷射注浆技术及其应用研究[D]. 陈春生.河海大学 2007
[10]深部高应力膨胀性软岩巷道喷锚注支护研究[D]. 黄超慧.西安科技大学 2006
本文编号：3686953
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