极破碎大变形煤岩体巷道变形机理及支护研究

发布时间：2017-09-21 09:33

  本文关键词：极破碎大变形煤岩体巷道变形机理及支护研究

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【摘要】：目前,复杂条件下的软岩巷道稳定性控制已成为当今地下巷道工程中最为复杂的难题,严重制约着矿井开采的高产、高效、低耗及安全生产水平,阻碍着矿井开采的健康可持续发展。在我国煤矿的地下开采过程中,存在大量的软岩巷道,其围岩赋存的地质条件较为复杂,特别是极破碎软弱煤岩体巷道,其围岩岩性结构、水理特性及应力分布环境等复杂多变,导致该类巷道破坏机制存在多样性,且以往针对于煤岩体巷道的围岩破坏机理与支护控制理论研究的条件和侧重点都不尽相同。因此,针对特定地质条件下的极破碎大变形煤岩体巷道进行围岩变形破坏力学机理及其支护技术进行研究,对维护该类巷道的围岩稳定性控制具有重要的理论意义和现场实用价值。论文以贵州木孔煤矿11301综采工作面运输顺槽为工程背景,以国家自然科学基金项目(51574122)为依托,根据其围岩赋存特点,系统地分析得出了围岩变形破坏特征及其力学失稳机理,采用现场调查、实验室试验、理论分析、数值模拟以及现场工程试验相结合的研究方法开展研究,提出了能有效维护该类巷道稳定的控制性对策及最优支护方案。对此,本文主要在以下方面进行了研究:(1)通过现场调查和实测,调取了矿井地质资料、11301综采工作面运输顺槽围岩岩层柱状图及其断面支护形式及参数,跟踪调查了原支护断面的巷道围岩变形破坏特点、支护结构破坏情况及现场探测巷道围岩内部裂隙发育状况,总结得出巷道围岩的破坏特征和围岩体破碎情况。(2)针对11301综采工作面运输顺槽围岩体进行了X衍射试验、点载荷强度试验和岩石崩解性试验等一系列基础性实验,分别探明了围岩内部结构裂隙发育情况、围岩矿物成份、围岩体力学强度和水理特性,为巷道支护方案的确定奠定了理论基础。(3)通过综合分析影响巷道围岩变形破坏的各个因素,建立了顶板、两帮力学失稳模型,并结合底板严重的底臌现象,得出了原支护结构下巷道围岩力学失稳机理、围岩失稳判定条件及底板底鼓量估算表达式。(4)基于破碎极不稳定巷道围岩的控制对策和“叠加压缩拱”理论,提出了以“长、短锚索”为主体的联合支护方案,运用正交试验法通过FLAC 3D数值计算得出不同组合情况的支护效果,并有针对性地分析对比在最差支护方案和最优支护方案条件下巷道围岩变形收敛量、位移变化情况及围岩应力分布情况等,并最终得出结论。(5)根据试验巷道11202风巷的实际情况,利用数值优化确定的最佳支护方案情况,得出了该巷道的断面支护方案及支护参数,并对支护断面进行了为期6个月的巷道围岩表面收敛及锚索的受力情况监测,根据监测数据结果,验证并评价其支护效果。
【关键词】：煤岩体 运输顺槽 变形机理 联合支护方案 数值模拟
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题的提出及研究目的和意义12-14
• 1.1.1 课题来源12
• 1.1.2 课题背景12-13
• 1.1.3 研究目的和意义13-14
• 1.2 国内外研究现状与进展14-17
• 1.2.1 软岩巷道支护理论研究现状与进展14-16
• 1.2.2 国内外软岩工程支护技术研究进展与现状16-17
• 1.3 现行软岩巷道支护存在的问题17-18
• 1.4 研究方法18-19
• 1.5 研究内容及技术路线19-22
• 第二章 极破碎大变形煤岩体巷道围岩变形破坏特征分析22-32
• 2.1 矿井概况22-24
• 2.2 巷道概况24-27
• 2.2.1 11301综采工作面运输顺槽工程地质条件24-25
• 2.2.2 巷道断面及原支护设计25-27
• 2.3 巷道变形破坏情况27-30
• 2.3.1 巷道围岩变形破坏情况27-28
• 2.3.2 巷道围岩的支护结构失效情况28
• 2.3.3 巷道围岩的内部裂隙发育情况28-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 极破碎大变形煤岩体巷道围岩力学性质分析32-42
• 3.1 巷道围岩岩性物相分析32-33
• 3.2 点载荷强度指数测定33-39
• 3.2.1 ZN-Ⅳ型点载荷仪34
• 3.2.2 试验步骤34-35
• 3.2.3 数据计算35-39
• 3.3 岩石崩解性试验39-41
• 3.3.1 试验方法39-41
• 3.3.2 试验结果分析41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 极破碎大变形煤岩体巷道围岩失稳与破坏机理分析42-54
• 4.1 围岩变形破坏的影响因素分析42-45
• 4.1.1 地质因素的影响42-44
• 4.1.2 非地质因素的影响44-45
• 4.2 巷道失稳破坏机理45-50
• 4.2.1 巷道顶板失稳力学机理45-48
• 4.2.2 两帮失稳力学机理48-50
• 4.3 巷道底臌机理50-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 极破碎大变形煤岩体巷道围岩稳定性控制及支护参数优化54-68
• 5.1 破碎极不稳定巷道围岩稳定性控制54-57
• 5.1.1 稳定性控制对策54-55
• 5.1.2 稳定性控制支护技术及支护原理55-57
• 5.2 基于正交试验的支护参数优化57-65
• 5.2.1 正交试验设计57-58
• 5.2.2 数值计算分析58-65
• 5.3 本章小结65-68
• 第六章 工程试验及支护效果分析68-74
• 6.1 试验巷道工程概况及支护参数68-70
• 6.2 现场施工与支护效果70-72
• 6.2.1 施工工艺70
• 6.2.2 变形结果分析70-72
• 6.3 本章小结72-74
• 第七章 主要结论与展望74-78
• 7.1 主要结论74-75
• 7.2 展望75-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 附录84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：893721