本文關(guān)鍵詞：沿空留巷充填區(qū)域直接頂穩(wěn)定機(jī)理及控制技術(shù)研究

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【摘要】：沿空留巷充填區(qū)域直接頂向下傳遞老頂對(duì)巷旁充填體的載荷和旋轉(zhuǎn)變形、向上傳遞充填體對(duì)老頂?shù)闹巫饔?在工作面超前支承應(yīng)力作用、工作面支架反復(fù)支撐作用下(反復(fù)受載),充填區(qū)域直接頂穩(wěn)定性差,該區(qū)域直接頂穩(wěn)定狀況是綜采放頂煤、復(fù)合頂板等松軟破碎頂板沿空留巷能否成功的關(guān)鍵之一。本文綜合采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬、工業(yè)性試驗(yàn)等方法,系統(tǒng)研究沿空留巷充填區(qū)域直接頂變形、載荷傳遞、承載機(jī)制及穩(wěn)定控制技術(shù),主要研究成果為:(1)基于對(duì)沿空留巷充填區(qū)域直接頂力學(xué)介質(zhì)的評(píng)估,設(shè)計(jì)了直接頂巖樣三軸卸荷試驗(yàn)的應(yīng)力路徑,采用多級(jí)軸壓多次屈服三軸卸圍壓試驗(yàn)的方法測(cè)定了充填區(qū)域直接頂峰后損傷巖樣的卸荷力學(xué)參數(shù)(強(qiáng)度衰減和剪脹變形規(guī)律),建立了考慮巖石峰后剪脹效應(yīng)的沿空留巷充填區(qū)域反復(fù)受載直接頂卸荷力學(xué)應(yīng)變軟化模型,在FLAC3D中實(shí)現(xiàn)了考慮沿空留巷充填區(qū)域直接頂強(qiáng)度衰減和剪脹變形的數(shù)值計(jì)算。(2)采用彈性損傷力學(xué)和能量變分理論,推導(dǎo)了不同時(shí)期沿空留巷充填區(qū)域直接頂垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力表達(dá)式,研究得到了工作面液壓支架支撐護(hù)頂階段、無巷旁充填體支撐階段、巷旁充填體增阻支撐階段、巷旁充填體穩(wěn)定支撐階段充填區(qū)域直接頂垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力分布特征,同時(shí)給出了不同時(shí)期充填區(qū)域直接頂拉應(yīng)力作用范圍和水平錯(cuò)動(dòng)范圍的計(jì)算式,結(jié)果表明:隨著頂板回轉(zhuǎn)下沉角的增加,充填區(qū)域直接頂拉應(yīng)力作用范圍逐漸減小,水平錯(cuò)動(dòng)范圍逐漸增大。(3)采用數(shù)值計(jì)算的方法,研究得到了巷旁充填體寬度、直接頂巖性、直接頂厚度與煤層厚度比值等因素對(duì)沿空留巷充填區(qū)域直接頂變形特征影響規(guī)律;基于沿空留巷直接頂?shù)牟痪鶆蚴芰μ卣骱蛢蓭偷牟痪獬休d特征,建立了沿空留巷巷旁支撐系統(tǒng)載荷傳遞作用力學(xué)模型和沿空留巷充填區(qū)域直接頂承載力學(xué)模型,推導(dǎo)給出了沿空留巷充填區(qū)域直接頂載荷傳遞能力計(jì)算式、沿空留巷直接頂不均勻受力系數(shù)計(jì)算式和沿空留巷充填區(qū)域直接頂承載能力計(jì)算式,得到了充填區(qū)域直接頂載荷傳遞能力、直接頂不均勻受力系數(shù)和直接頂承載能力影響因素和影響規(guī)律。(4)采用理論分析和數(shù)值計(jì)算的方法,研究了錨桿支護(hù)對(duì)直接頂巖體剪脹變形的控制作用,并分析了沿空留巷充填區(qū)域直接頂和老頂離層變形的控制原理,開發(fā)了沿空留巷充填區(qū)域反復(fù)受載直接頂分區(qū)域動(dòng)態(tài)加固穩(wěn)定控制技術(shù):工作面超前采動(dòng)影響區(qū)域以外提前采用錨桿錨索支護(hù)提高實(shí)煤體幫支護(hù)強(qiáng)度;工作面液壓支架支撐階段,提前采用高預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)將充填區(qū)域直接頂和老頂錨固為整體、液壓支架帶壓移架、提前采用高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度高延伸率錨桿支護(hù)技術(shù)加固充填區(qū)域直接頂;無巷旁充填體支護(hù)(臨時(shí)支護(hù))階段,充填區(qū)域采用高阻力單體液壓支護(hù)補(bǔ)充充填區(qū)域直接頂支護(hù)強(qiáng)度,確定合適的充填區(qū)域?qū)挾?在充填區(qū)域外側(cè)臨時(shí)支護(hù)區(qū)域采用充填液壓支架適當(dāng)提高對(duì)頂板的支護(hù)強(qiáng)度和臨時(shí)支護(hù)寬度;巷旁充填體增阻支撐階段和穩(wěn)定支撐階段,采用增阻速度快的巷旁充填材料及時(shí)支撐充填區(qū)域直接頂,提供垂直方向上的支撐荷載。根據(jù)沿空留巷充填區(qū)域直接頂穩(wěn)定控制技術(shù),針對(duì)新元煤礦500m埋深、采高2.8m、沿空留巷寬度5.2m的生產(chǎn)地質(zhì)條件下,在新元煤礦3107工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷實(shí)施了沿空留巷工程,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,沿空留巷充填區(qū)域直接頂分區(qū)域動(dòng)態(tài)加固穩(wěn)定控制技術(shù)有效控制了充填區(qū)域頂板穩(wěn)定性,留巷圍巖整體效果良好。
【關(guān)鍵詞】：沿空留巷 充填區(qū)域直接頂 反復(fù)受載 剪脹變形 離層 穩(wěn)定控制
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD353
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-31
• 1 緒論31-43
• 1.1 研究背景與意義31-32
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)32-39
• 1.3 存在的問題39-40
• 1.4 研究?jī)?nèi)容、方法及技術(shù)路線40-42
• 1.5 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)42-43
• 2 沿空留巷充填區(qū)域直接頂強(qiáng)度衰減和剪脹變形規(guī)律43-78
• 2.1 沿空留巷充填區(qū)域直接頂力學(xué)介質(zhì)評(píng)估43-45
• 2.2 沿空留巷充填區(qū)域直接頂室內(nèi)卸荷試驗(yàn)方案45-47
• 2.3 充填區(qū)域直接頂峰后損傷巖樣卸荷力學(xué)參數(shù)測(cè)試的室內(nèi)卸荷試驗(yàn)47-58
• 2.4 沿空留巷充填區(qū)域直接頂巖樣卸荷力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律58-65
• 2.5 基于卸荷試驗(yàn)的沿空留巷充填區(qū)域直接頂應(yīng)變軟化模型的建立65-69
• 2.6 基于卸荷試驗(yàn)的沿空留巷充填區(qū)域直接頂應(yīng)變軟化模型的合理性評(píng)估69-77
• 2.7 本章小結(jié)77-78
• 3 沿空留巷充填區(qū)域直接頂不同時(shí)期受力狀態(tài)分析78-99
• 3.1 沿空留巷頂板活動(dòng)規(guī)律及結(jié)構(gòu)特征78-80
• 3.2 沿空留巷充填區(qū)域直接頂不同時(shí)期應(yīng)力解析80-85
• 3.3 沿空留巷充填區(qū)域直接頂不同時(shí)期受力狀態(tài)分析85-97
• 3.4 本章小結(jié)97-99
• 4 沿空留巷充填區(qū)域直接頂變形、傳遞載荷、承載機(jī)制99-118
• 4.1 沿空留巷充填區(qū)域直接頂變形機(jī)制99-105
• 4.2 沿空留巷充填區(qū)域直接頂傳遞載荷作用機(jī)制105-112
• 4.3 沿空留巷充填區(qū)域直接頂承載作用機(jī)制112-116
• 4.4 本章小結(jié)116-118
• 5 沿空留巷充填區(qū)域直接頂穩(wěn)定控制技術(shù)118-138
• 5.1 沿空留巷充填區(qū)域直接頂控制原理與基本思路118-119
• 5.2 錨桿支護(hù)對(duì)充填區(qū)域直接頂滑移剪脹變形的抑制作用119-127
• 5.3 沿空留巷充填區(qū)域直接頂與老頂?shù)碾x層變形控制機(jī)理127-135
• 5.4 沿空留巷充填區(qū)域直接頂穩(wěn)定控制技術(shù)135-136
• 5.5 本章小結(jié)136-138
• 6 工程實(shí)踐138-146
• 6.1 試驗(yàn)巷道生產(chǎn)地質(zhì)條件138-139
• 6.2 3107 輔助進(jìn)風(fēng)巷沿空留巷圍巖控制技術(shù)139-142
• 6.3 充填區(qū)域直接頂穩(wěn)定控制效果分析142-144
• 6.4 本章小結(jié)144-146
• 7 主要結(jié)論與展望146-150
• 7.1 主要結(jié)論146-149
• 7.2 研究展望149-150
• 參考文獻(xiàn)150-158
• 作者簡(jiǎn)歷158-161
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集161

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