煤巷复合层状顶板承载特性研究
发布时间：2023-03-27 03:56
随着煤矿开采深度的日益增加,矿山巷道中所遇见的复合顶板也逐渐增多。煤巷复合顶板作为一种含有软弱夹层的特殊地下岩体,具有整体强度低、岩性差别悬殊、结构疏松及自稳性较差的显著工程特点。在巷道开挖后,围岩应力发生重新分布,煤巷复合顶板各岩层在其上覆地层压力和两端水平构造应力的联合作用下发生不同程度的挠曲变形甚至破坏,从而使顶板支护结构体系失效并诱发大规模冒顶等工程灾害问题,严重威胁现场施工人员的生命财产安全,也严重制约了煤矿的安全高效生产。而与此同时,大量理论研究和工程实践均表明,基于传统的巷道顶板变形破坏机制和现有支护理论无法合理诠释煤巷复合顶板的承载特性及其支护结构。因此,如何有效控制煤巷复合顶板的变形破坏,以提高巷道的整体稳定性,已成为确保煤矿安全生产领域一项十分紧迫的关键技术难题。本文在总结分析现有巷道顶板控制研究成果的基础上,以陕西彬长某矿40303工作面在掘回风顺槽复合顶板为研究背景,从实际工程地质条件出发,以理论分析、试验研究、数值模拟和现场应用为研究手段,对煤矿巷道复合顶板的物理力学参数、岩层锚固前后的承载特性、层状岩体破坏后的冒落规律及平衡拱矢高进行深入系统的研究,在此基础...
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 选题的背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 复合层状顶板特征及分类
1.2.2 层状岩体变形破坏机理研究现状
1.2.3 层状岩体锚固技术研究现状
1.2.4 复合层状岩体承载理论研究现状
1.2.5 煤巷复合顶板研究存在的问题
1.3 论文的研究内容与研究方法
1.4 技术路线
2 煤巷复合层状顶板物理力学特性分析
2.1 层状顶板岩体的当量物理力学参数分析
2.2 复合层状岩梁物理力学参数测试
2.2.1 彬长某矿40303工作面工程地质特征
2.2.2 顶板及煤层的物理力学参数试验
2.2.3 层状顶板岩体的综合强度分析
2.3 煤巷复合层状顶板裂隙分布规律分析
2.4 本章小结
3 煤巷复合层状顶板承载特性研究
3.1 煤巷顶板单层岩梁内力分析
3.1.1 煤巷顶板单层岩梁内力计算
3.1.2 煤巷复合顶板单层岩梁内力参数分析
3.2 煤巷复合顶板叠(组)合岩梁内力分析
3.2.1 煤巷复合顶板叠合岩梁内力计算
3.2.2 煤巷复合顶板组合岩梁内力计算
3.3 叠合岩梁和组合岩梁内力对比分析
3.3.1 复合顶板锚固前后岩梁内力对比分析
3.3.2 彬长某矿煤巷复合顶板岩梁内力分析
3.4 本章小结
4 煤巷复合层状顶板破坏范围及形态研究
4.1 煤巷复合顶板变形破坏特征分析
4.2 普氏平衡拱理论存在的不足与改进
4.2.1 普氏平衡拱理论的不足之处
4.2.2 复合顶板平衡拱理论的改进
4.3 不同工况下复合顶板的平衡拱形态及矢高
4.3.1 自然平衡拱的形态及矢高分析
4.3.2 复合顶板自然平衡拱矢高影响因素分析
4.3.3 隐形平衡拱和扩展隐形平衡拱的形态及矢高分析
4.4 本章小结
5 煤巷复合顶板变形破坏相似模拟试验研究
5.1 工程概况
5.2 试验方案设计
5.2.1 相似模拟基本理论
5.2.2 相似材料参数计算
5.2.3 相似材料及配比的确定
5.3 模型制作与测点布置
5.3.1 试验模型制作
5.3.2 试验测点布置
5.4 加载测试及结果分析
5.4.1 加载测试
5.4.2 结果分析
5.5 本章小结
6 煤巷复合顶板“拱—梁”结构模型构建研究
6.1 复合层状顶板支护理论及设计方法
6.1.1 复合层状顶板支护理论
6.1.2 复合层状顶板支护设计方法
6.2 煤巷复合顶板“拱—梁”承载结构研究
6.2.1 煤巷复合顶板“拱—梁”结构模型的构建
6.2.2 基于“拱—梁”模型的煤巷复合顶板支护设计
6.3 本章小结
7 煤巷复合顶板承载特性数值分析
7.1 数值计算软件
7.1.1 基本概述
7.1.2 计算原理
7.1.3 本构模型的选择
7.2 建立数值模型
7.3 无支护条件下煤巷复合顶板应力应变分析
7.4 煤巷复合顶板支护效果分析
7.5 本章小结
8 工程应用
8.1 复合层状顶板变形破坏现状
8.1.1 彬长某矿40303工作面回风巷顶板变形破坏现状
8.1.2 现有支护设计参数及存在的问题
8.2 彬长某矿40303工作面回风巷顶板支护参数优化
8.2.1 40303 工作面复合顶板锚索参数优化
8.2.2 40303 工作面复合顶板锚杆参数优化
8.3 彬长某矿40303工作面回风巷顶板支护效果分析
8.3.1 现场监测基本原则
8.3.2 现场监测方案设计
8.3.3 现场监测结果分析
8.4 本章小结
9 结论与展望
9.1 主要结论
9.2 主要创新点
9.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简介
在学期间发表的学术论文
在学期间参加科研项目
主要获奖
本文编号：3772338
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 选题的背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 复合层状顶板特征及分类
1.2.2 层状岩体变形破坏机理研究现状
1.2.3 层状岩体锚固技术研究现状
1.2.4 复合层状岩体承载理论研究现状
1.2.5 煤巷复合顶板研究存在的问题
1.3 论文的研究内容与研究方法
1.4 技术路线
2 煤巷复合层状顶板物理力学特性分析
2.1 层状顶板岩体的当量物理力学参数分析
2.2 复合层状岩梁物理力学参数测试
2.2.1 彬长某矿40303工作面工程地质特征
2.2.2 顶板及煤层的物理力学参数试验
2.2.3 层状顶板岩体的综合强度分析
2.3 煤巷复合层状顶板裂隙分布规律分析
2.4 本章小结
3 煤巷复合层状顶板承载特性研究
3.1 煤巷顶板单层岩梁内力分析
3.1.1 煤巷顶板单层岩梁内力计算
3.1.2 煤巷复合顶板单层岩梁内力参数分析
3.2 煤巷复合顶板叠(组)合岩梁内力分析
3.2.1 煤巷复合顶板叠合岩梁内力计算
3.2.2 煤巷复合顶板组合岩梁内力计算
3.3 叠合岩梁和组合岩梁内力对比分析
3.3.1 复合顶板锚固前后岩梁内力对比分析
3.3.2 彬长某矿煤巷复合顶板岩梁内力分析
3.4 本章小结
4 煤巷复合层状顶板破坏范围及形态研究
4.1 煤巷复合顶板变形破坏特征分析
4.2 普氏平衡拱理论存在的不足与改进
4.2.1 普氏平衡拱理论的不足之处
4.2.2 复合顶板平衡拱理论的改进
4.3 不同工况下复合顶板的平衡拱形态及矢高
4.3.1 自然平衡拱的形态及矢高分析
4.3.2 复合顶板自然平衡拱矢高影响因素分析
4.3.3 隐形平衡拱和扩展隐形平衡拱的形态及矢高分析
4.4 本章小结
5 煤巷复合顶板变形破坏相似模拟试验研究
5.1 工程概况
5.2 试验方案设计
5.2.1 相似模拟基本理论
5.2.2 相似材料参数计算
5.2.3 相似材料及配比的确定
5.3 模型制作与测点布置
5.3.1 试验模型制作
5.3.2 试验测点布置
5.4 加载测试及结果分析
5.4.1 加载测试
5.4.2 结果分析
5.5 本章小结
6 煤巷复合顶板“拱—梁”结构模型构建研究
6.1 复合层状顶板支护理论及设计方法
6.1.1 复合层状顶板支护理论
6.1.2 复合层状顶板支护设计方法
6.2 煤巷复合顶板“拱—梁”承载结构研究
6.2.1 煤巷复合顶板“拱—梁”结构模型的构建
6.2.2 基于“拱—梁”模型的煤巷复合顶板支护设计
6.3 本章小结
7 煤巷复合顶板承载特性数值分析
7.1 数值计算软件
7.1.1 基本概述
7.1.2 计算原理
7.1.3 本构模型的选择
7.2 建立数值模型
7.3 无支护条件下煤巷复合顶板应力应变分析
7.4 煤巷复合顶板支护效果分析
7.5 本章小结
8 工程应用
8.1 复合层状顶板变形破坏现状
8.1.1 彬长某矿40303工作面回风巷顶板变形破坏现状
8.1.2 现有支护设计参数及存在的问题
8.2 彬长某矿40303工作面回风巷顶板支护参数优化
8.2.1 40303 工作面复合顶板锚索参数优化
8.2.2 40303 工作面复合顶板锚杆参数优化
8.3 彬长某矿40303工作面回风巷顶板支护效果分析
8.3.1 现场监测基本原则
8.3.2 现场监测方案设计
8.3.3 现场监测结果分析
8.4 本章小结
9 结论与展望
9.1 主要结论
9.2 主要创新点
9.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简介
在学期间发表的学术论文
在学期间参加科研项目
主要获奖
本文编号：3772338
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/kuangye/3772338.html
