巷道围岩变形的能量演化机制及高强吸能支护技术研究

发布时间：2023-12-13 20:15

　　在煤矿中由于深部开采或高强开采引起的高应力集中使得巷道变形日益严重,动力灾变事故显现频率不断增加。巷道围岩破坏的本质是外力对其做功超过其储能极限后剩余能量释放的结果,仅通过应力对巷道围岩的变形破坏进行分析和支护,对于动力灾变事故的防治具有明显的局限性。因此,本论文基于巷道围岩能量演化的角度,通过理论分析、数值计算、试验研究、现场工业性试验,对巷道在掘进和回采过程中围岩稳定性进行分析,并提出高强吸能支护理论和技术。主要结论如下所述:(1)基于弹性力学和能量守恒定律,利用高斯散度定律建立了巷道掘进和回采过程中围岩能量输入、积聚、耗散、释放密度的演化模型;给出了不同断面形状的巷道围岩能量分布和演化的求解方法及算例。针对煤矿井下复杂的地质和应力条件,利用建立的能量演化模型结合数值模拟,分析了巷道埋深、侧压系数、围岩强度、巷道长径比、掘进和回采速度等因素对围岩能量演化的影响。(2)根据巷道围岩能量演化的特点,提出高强吸能支护理论,其内涵为围岩支护不仅需要考虑以高强阻力来抵抗围岩变形,同时需要减少围岩内部能量积聚、吸收围岩能量释放;研发了实现该理论的高强吸能支护材料,包括高强吸能锚杆和高强吸能单体...

【文章页数】：164 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容及技术路线
    1.4 主要创新点
2 巷道掘进和回采过程中围岩的能量演化模型
    2.1 力学模型与基本假设
    2.2 巷道围岩能量演化模型
    2.3 模型求解方法
    2.4 算例分析
    2.5 本章小结
3 巷道围岩能量演化的影响因素分析
    3.1 数值计算模型和方案
    3.2 埋深和侧压系数的影响
    3.3 长径比的影响
    3.4 围岩强度的影响
    3.5 掘进和回采速度的影响
    3.6 本章小结
4 高强吸能支护原理与技术的研发
    4.1 高强吸能支护理论与技术
    4.2 高强吸能锚杆的结构和工作机制
    4.3 高强吸能锚杆力学分析
    4.4 高强吸能锚杆静力学特性试验研究
    4.5 高强吸能单体支柱原理与力学特性
    4.6 本章小结
5 高强吸能支护系统控制巷道围岩变形的数值模拟
    5.1 高强吸能支护系统的数值实现
    5.2 深部高应力巷道在掘进和回采过程中围岩稳定性分析
    5.3 大断面巷道在掘进和回采过程中围岩稳定性分析
    5.4 本章小结
6 高强吸能支护在大断面开切眼围岩控制的应用
    6.1 基于高强吸能支护系统的“等效巷宽”支护理念
    6.2 工业性试验
    6.3 矿压观测结果
    6.4 大断面巷道等效巷宽支护设计流程
    6.5 本章小结
7 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集



本文编号：3873894