深部煤巷圍巖控制內、外承載結構耦合穩(wěn)定原理的研究.pdf

1、深部煤巷圍巖控制是煤礦深部開采的技術難題之一。在分析深部煤巷礦壓顯現(xiàn)特征的基礎上，結合現(xiàn)有圍巖控制理論成果，提出了內承載結構和外承載結構的概念，建立了內、外承載結構模型，采用實驗室實驗、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場觀測等手段對深部煤巷圍巖穩(wěn)定性控制機理進行了系統(tǒng)的研究，主要研究內容和結果如下： (1)通過分析巖石軟化、擴容、蠕變、松弛和長時強度等力學性質，得出了它們與圍巖應力場演化的關系。進行變應力路徑下的巖石峰后蠕變試驗，結果表明

2、：損傷程度影響峰后蠕變特性，損傷程度越大，蠕變速率越快，蠕變失穩(wěn)時間越短；圍壓增量可以從根本上改變峰后蠕變特性，降低蠕變速率，延長蠕變失穩(wěn)時間，促使峰后蠕變由非穩(wěn)定蠕變向穩(wěn)定蠕變轉化。這些規(guī)律為破裂區(qū)圍巖穩(wěn)定性分析和控制提供了理論依據(jù)。 (2)對深部巷道圍巖深基點位移觀測數(shù)據(jù)進行分析，得出圍巖應變的空間分布具有波狀特征；通過數(shù)值模擬分析，得出深部煤巷圍巖應變、圍巖應變軟化系數(shù)和圍巖應力的空間分布均具有波狀特征，且它們三者之間存在

3、有機的聯(lián)系。結合圍巖變形觀測和數(shù)值模擬的結果，分析得到了內、外承載結構在受力、變形及性狀等方面的力學特征，為在工程應用中界定外承載結構提供了依據(jù)。 (3)建立了圓形巷道內、外承載結構相互作用彈塑性理論模型，得到了圍巖塑性區(qū)和破碎區(qū)半徑、圍巖應力及圍巖位移的表達式。建立了煤巷煤幫內、外承載結構相互作用彈塑性理論模型，推導了煤幫塑性區(qū)寬度、煤幫圍巖應力、煤幫水平位移的表達式。應用圓形巷道和煤幫內、外承載結構相互作用彈塑性理論分析結果

4、，推導了外承載結構有關特征參數(shù)的表達式，揭示了外承載結構特征參數(shù)與巷道圍巖穩(wěn)定性的關系，以及內承載結構支護強度與外承載結構特征參數(shù)的關系。 (4)進行三維數(shù)值計算，研究了深部煤巷開挖、支護的空間效應，得出無支護、錨桿支護和錨桿錨索支護巷道外承載結構形成的規(guī)律，分析了錨桿支護參數(shù)對外承載結構形成過程的影響。建立圓形巷道粘彈塑性軟化分析模型，得到了圍巖塑性區(qū)和破碎區(qū)半徑、圍巖應力、圍巖位移及外承載結構特征參數(shù)的表達式，分析了外承載結

5、構隨時間的演化過程及內承載結構所起的作用。建立煤幫外承載結構時間效應分析模型，推導了煤幫塑性區(qū)應力和煤幫外承載結構內邊界位置的表達式，分析了煤幫外承載結構隨時間的移動過程及內承載結構支護強度的影響。 (5)提出了外承載結構穩(wěn)定的條件和巷道圍巖穩(wěn)定的條件，探討了內承載結構促使外承載結構穩(wěn)定的機理。分析了錨桿支護、注漿加固、支架支護等形式內承載結構的時間效應、承載能力和支撐作用效果；分析了錨索支護對內、外承載結構的作用。根據(jù)內承載結