深部巷道局部弱支护效应分析与围岩控制技术研究

发布时间：2017-03-21 07:09

  本文关键词：深部巷道局部弱支护效应分析与围岩控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着煤炭开采越来越向深部发展,深部高应力软岩巷道的支护与维护问题显得极为突出,出现了深井高地应力、巷道围岩变形大、岩体间裂隙严重发育、巷道围岩破碎松散等一系列复杂问题,因此如何解决各类深部复杂高应力巷道围岩的支护问题已成为急待解决的难题。研究深部巷道围岩变形破坏特点、支护结构与围岩间的相互作用机理和开发新型巷道支护技术具有深远意义。论文利用RMT岩石力学测试系统和高温高压蠕变仪,对深部巷道围岩进行了基本力学性质测试和蠕变试验研究,分析了岩石蠕变试验数据,获得了岩石的轴向应变随时间变化的规律、粘弹塑应变特性、蠕变速率变化规律及围压对岩石蠕变影响规律,研究表明围压对岩石蠕变有明显约束作用,增大围压能够减缓岩石蠕变破坏时间。论文利用弹塑性力学和岩石力学等理论知识,建立了圆形断面巷道的力学计算模型,结合软岩巷道围岩支护特点,推导出在巷道在底板2β角范围内发生弱支护的情况下所产生的整个巷道围岩应力场和位移场的分布规律,得到局部弱支护巷道位移和应力解析解。提出了三维网壳锚喷支护结构,基于壳体结构原理,对开口圆柱形壳进行研究,建立结构的四边铰支的短柱薄壳结构模型,推导出壳体结构的应力表达式。研究表明三维网壳锚喷结构能够改善材料的受力性能、自身具有柔性让压的特点,消除局部弱支护影响,提高了支护结构的整体稳定性。论文对单片三维网壳衬砌结构及整架结构进行了相似模型试验,分析了模型结构的承载力、变形破坏形态与发展规律。试验表明,三维网壳支架钢筋受力良好,具有很好的线性关系,混凝土抗压性能发挥较充分,能够充分发挥材料特性；整架三维网壳衬砌结构的承载力较高。利用Midas/GTS数值分析软件对三维网壳锚喷支护结构支护段的巷道进行了数值模拟,数值模拟研究表明,采用网壳衬砌的巷道围岩整体变形量小,围岩处在良好的受力状态之中。网壳锚喷结构受力均匀,能够削弱支护巷道围岩的局部应力集中,可以改善围岩的应力分布,减少了围岩位移量,支护结构的承载能力大大提高。三维网壳锚喷支护结构成功应用于淮南矿业集团潘三矿试验段巷道。论文设计出网壳支架地面专用加工模具,制订出施工技术要求与加工技术规范,完成了现场监测和效果评价。工程应用表明,三维网壳锚喷支护是一种结构新颖、性能优良、高支撑力、低成本的支护结构。该种支护结构与围岩相互作用的整体性好,能够延长围岩的自稳时间,有利于充分发挥围岩自身的承载能力,为软岩巷道支护提供了一种新的支护技术,社会效益和经济效益显著。
【关键词】：高应力软岩 蠕变试验 三维网壳锚喷 局部弱支护 解析解 模型试验 数值模拟 工程应用 效果评价
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD353
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-17
• 1 绪论17-33
• 1.1 研究背景17
• 1.2 深部巷道围岩破坏变形和支护技术研究综述17-27
• 1.2.1 深部巷道围岩破坏变形的研究现状17-21
• 1.2.2 巷道围岩蠕变变形研究综述21-23
• 1.2.3 巷道围岩支护理论研究现状23-25
• 1.2.4 巷道围岩支护技术研究现状25-27
• 1.3 需进一步研究的问题27-29
• 1.4 研究内容及方法29-33
• 1.4.1 主要研究内容29-30
• 1.4.2 研究方法及技术路线30-33
• 2 深部巷道围岩室内蠕变试验研究33-53
• 2.1 岩石基本力学性质测试33-38
• 2.1.1 采样与加工34
• 2.1.2 试验设备34-35
• 2.1.3 压缩变形试验过程及结果35-38
• 2.2 蠕变试验设备38-40
• 2.3 蠕变试验岩样加工40
• 2.4 蠕变试验方案40-43
• 2.4.1 加载方式40-41
• 2.4.2 加载应力确定41-42
• 2.4.3 试验步骤42-43
• 2.5 蠕变试验试验结果分析43-52
• 2.5.1 单轴压缩蠕变试验结果分析43-48
• 2.5.2 三轴压缩蠕变试验结果分析48-50
• 2.5.3 围压对岩石蠕变的影响分析50-52
• 2.6 本章结论52-53
• 3 深部软岩巷道局部弱支护效应分析53-65
• 3.1 圆形巷道局部弱支护力学模型建立及弹性解析53-61
• 3.2 局部弱支护巷道的流变变形61-62
• 3.3 本章结论62-65
• 4 三维网壳锚喷支护理论分析65-87
• 4.1 深部软岩巷道围岩变形规律及支护原则65-70
• 4.1.1 软岩巷道变形形态65-66
• 4.1.2 软岩巷道围岩变形量的构成66
• 4.1.3 软岩巷道受力66-67
• 4.1.4 软岩巷道难支护原因67-68
• 4.1.5 软岩巷道支护原则68-70
• 4.2 支护结构与围岩的相互作用70-73
• 4.2.1 结构支护特性70-71
• 4.2.2 结构支护机理71-72
• 4.2.3 结构与岩体相互作用机理72-73
• 4.3 计算理论模型73-75
• 4.3.1 壳体结构概述73-74
• 4.3.2 问题分析与理论模型74-75
• 4.4 内力计算75-86
• 4.4.1 巷道围岩应力分析75-79
• 4.4.2 支护载荷确定79-81
• 4.4.3 内力计算81-86
• 4.5 本章结论86-87
• 5 三维网壳衬砌结构模型试验87-99
• 5.1 概述87
• 5.2 相似模型试验基本理论87-88
• 5.3 单片结构模型试验88-96
• 5.3.1 模型设计88-90
• 5.3.2 模型制作90-91
• 5.3.3 试验加载与测量91-92
• 5.3.4 试验结果分析92-96
• 5.4 整架结构承载力试验96-97
• 5.5 本章结论97-99
• 6 三维网壳锚喷结构支护巷道数值模拟99-111
• 6.1 概述99
• 6.2 Midas/GTS软件简介99-102
• 6.3 数值计算分析102-110
• 6.3.1 计算模型建立原则102-103
• 6.3.2 模型建立103-105
• 6.3.3 模型数值计算及结果105-110
• 6.4 本章结论110-111
• 7 三维网壳锚喷结构设计与工程应用评价111-133
• 7.1 工程概述111-113
• 7.1.1 工程概况111-112
• 7.1.2 支护方案确定112-113
• 7.2 三维网壳支架设计113-118
• 7.2.1 支架结构形式113-115
• 7.2.2 结构形式选择115-118
• 7.3 三维网壳支架加工要求与加工胎具118-120
• 7.3.1 加工要求与规范118-119
• 7.3.2 加工胎具119-120
• 7.4 现场施工120-122
• 7.4.1 施工要求121
• 7.4.2 施工过程121-122
• 7.5 现场监测与评价122-132
• 7.5.1 监测设计原理122-123
• 7.5.2 监测目的123-124
• 7.5.3 监测内容124-125
• 7.5.4 监测结果分析与评价125-132
• 7.6 本章结论132-133
• 8 结论与展望133-137
• 8.1 主要结论133-134
• 8.2 创新点134-135
• 8.3 展望135-137
• 参考文献137-145
• 致谢145-147
• 作者简介及攻读博士学位期间主要科研成果147-148

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 何满潮;段庆伟;张晗;王井峰;;复杂构造条件下煤矿上覆岩体稳定规律[A];世纪之交软岩工程技术现状与展望[C];1999年

  本文关键词：深部巷道局部弱支护效应分析与围岩控制技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：259237