【摘要】：近十年我國(guó)在煤礦領(lǐng)域的死亡人數(shù)已經(jīng)大大減小，但離我們的預(yù)期結(jié)果還非常遠(yuǎn)。煤礦事故中頂板冒落、片幫所占的比重很大，這是巷道圍巖變形、惡化的結(jié)果。巷道變形失穩(wěn)一方面影響井下人員安全，另一方面嚴(yán)重影響煤礦正常生產(chǎn)進(jìn)行。 本文研究分析了現(xiàn)在的圍巖變形理論及其維護(hù)方面的方法，針對(duì)這些理論的不足之處，提出了應(yīng)用于煤礦巷道變形穩(wěn)定性的纖維束模型。前人的理論為煤礦安全生產(chǎn)做出了巨大的貢獻(xiàn)，但是這些成果幾乎都是從實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)得到的宏觀數(shù)據(jù)，如地壓、位移、支護(hù)變形，從這些數(shù)據(jù)假設(shè)出模型，盡量使得所假設(shè)提出的模型符合所觀測(cè)到的結(jié)果。但是這些方法有一定的局限性，那就是它們對(duì)巖體內(nèi)部的微觀變形、破裂發(fā)展過(guò)程不清楚，因此對(duì)微觀方面相關(guān)的巖石變形破壞機(jī)理研究就存在一定的盲區(qū)。巖石在受力情況下，內(nèi)部產(chǎn)生微裂隙損傷的瞬態(tài)孕育或原生裂隙擴(kuò)大，巖石宏觀的破壞無(wú)非就是這些微損傷的不斷擴(kuò)大、相互融合。整體破壞都是從破壞的一個(gè)點(diǎn)或者一些點(diǎn)逐漸擴(kuò)大，形成面的破壞；即便是初始的微弱面，在更大的尺度上也可以看成是一個(gè)點(diǎn)。由此，我們提出針對(duì)巖石特性的纖維束模型。 分析了巷道圍巖分類(lèi)方法、巖石線(xiàn)性蠕變模型等，，用于指導(dǎo)纖維束建模。為了保證纖維束建模的科學(xué)性和實(shí)用性，對(duì)圍巖分類(lèi)方法應(yīng)用的理論支持、分類(lèi)細(xì)致程度和分類(lèi)實(shí)用性程度等多個(gè)角度進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。對(duì)巖石線(xiàn)性蠕變模型進(jìn)行了說(shuō)明，總結(jié)其應(yīng)用方式，并對(duì)其中的巖石變形線(xiàn)性粘彈性蠕變進(jìn)行理論分析。改變線(xiàn)性模型中一些參數(shù)形成纖維束單根纖維模型的基礎(chǔ)。 對(duì)于整個(gè)纖維束來(lái)說(shuō)，一個(gè)纖維就是微觀的，利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，我們可以對(duì)每個(gè)纖維進(jìn)行不同的參數(shù)賦值并對(duì)整個(gè)纖維束進(jìn)行破壞模擬分析。本論文中的模擬都是通過(guò)是MATLAB軟件進(jìn)行。纖維束模型的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是形態(tài)簡(jiǎn)單直觀易懂，便于進(jìn)行計(jì)算機(jī)計(jì)算。也由于這個(gè)模型的簡(jiǎn)單，我們可以更好的看到這個(gè)模型在變化的時(shí)候幾乎所有細(xì)節(jié)，以此更好的推斷巖石的特性，比如微破壞到整體破壞的量變到質(zhì)變規(guī)律，又如微破壞過(guò)程中涉及的能量釋放分析。這都是進(jìn)行純理論分析與宏觀模型分析所不具備的優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)巖石的抗拉抗壓強(qiáng)度、蠕變、泊松比、結(jié)構(gòu)組成等參數(shù)的變化，把纖維束模型分為連續(xù)損傷纖維束模型和多線(xiàn)性纖維束模型，這兩個(gè)模型區(qū)別是單根纖維的本構(gòu)曲線(xiàn)。本文重點(diǎn)是對(duì)多線(xiàn)性纖維束模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。分析了纖維束模型中的最大衰變次數(shù)、衰變系數(shù)等參數(shù)的研究要點(diǎn)。模擬分析了最大衰變次數(shù)、衰變系數(shù)對(duì)纖維束的本構(gòu)關(guān)系、雪崩尺寸的影響。分析了這些參數(shù)與巖石變形、穩(wěn)定性方面的關(guān)系。 通過(guò)模擬建立了纖維束模型本構(gòu)曲線(xiàn)與巖石變形的關(guān)系，建立了雪崩尺寸與巖石聲發(fā)射、圍巖災(zāi)變的關(guān)系。利用最大衰變次數(shù)和衰變系數(shù)作為變量模擬研究圍巖變形和雪崩效應(yīng)。圍巖變形與衰變次數(shù)呈負(fù)相關(guān)，與衰變系數(shù)呈正相關(guān)。雪崩尺寸都服從冪率定律，且衰變系數(shù)對(duì)冪指數(shù)的影響大，最大衰變次數(shù)對(duì)冪指數(shù)的影響很小，并分析了原因。這些都有助于人們對(duì)煤礦巷道圍巖變形穩(wěn)定性進(jìn)行分析、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作。
【圖文】：

很有啟發(fā)意義。3．錨網(wǎng)索耦合支護(hù)技術(shù)錨網(wǎng)支護(hù)、錨索支護(hù)都是錨桿支護(hù)進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，在不同的環(huán)境場(chǎng)合有自己使用價(jià)值。錨網(wǎng)索耦合支護(hù)則是它們更進(jìn)一步發(fā)展、結(jié)合的新技術(shù)，它能夠通過(guò)錨、索三者與圍巖體的耦合，同時(shí)發(fā)揮它們各自的最大功能，從而控制巖體破壞，它能實(shí)支護(hù)一體化，應(yīng)力分布均勻化、巖體變形協(xié)調(diào)化，達(dá)到支護(hù)效果最大化。研究發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)、索對(duì)巖體的作用機(jī)理有很大的差別，但是它們的結(jié)合發(fā)揮了各自最大的優(yōu)點(diǎn)。①、桿圍巖耦合支護(hù)地下巷道開(kāi)挖后，圍巖應(yīng)力狀態(tài)由三向受力轉(zhuǎn)變?yōu)槎蚴芰�。巷道中不同部位的體，其所受應(yīng)力狀態(tài)也不同，所呈現(xiàn)的變形形式也不相同，如圖 1-1。地下巷道形成后，圍巖可分為四類(lèi)：頂板 A、底板 C、兩幫 B、深部巖體 D。其中頂板 A 和底板 C 受力為拉力狀態(tài)，巖石的受拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于受壓強(qiáng)度，所以頂板 A 和底板 C 最容易破裂兩幫 B 為受壓狀態(tài)，較頂?shù)装宸�(wěn)定；深部巖體 D 應(yīng)力狀態(tài)為三向應(yīng)力，其強(qiáng)度是最高

巷道上部圍巖將出現(xiàn)一自然平衡拱。在巷道兩幫，沿與兩幫夾角為45 -2 的方向上形成兩個(gè)滑動(dòng)面，其說(shuō)明如圖2-1。圖 2-1 普氏圍巖壓力計(jì)算模型Fig.2-1 Model of M.M.Promojiyfakonov’s theory取堅(jiān)固系數(shù) f 表示巖體的強(qiáng)度。其表達(dá)式為：tancf (2-1)但在實(shí)際計(jì)算中，普氏取用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，能夠方便地求得f 值 。其表達(dá)式為：
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TD353

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳思穎,黃晨光,段祝平;幾種高性能纖維束的沖擊動(dòng)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究[J];爆炸與沖擊;2003年04期

2 肖樹(shù)芳;不同巖石變形破壞機(jī)制及其聲學(xué)特征[J];長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào);1980年03期

3 楊慶生,鄭代華;纖維束增強(qiáng)復(fù)合材料的橫向彈塑性性能研究[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);2000年01期

4 楊峰;王連國(guó);賀安民;高峰;許東來(lái);;復(fù)合頂板的破壞機(jī)理與錨桿支護(hù)技術(shù)[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2008年03期

5 龐建勇,郭蘭波,倪修全;網(wǎng)殼錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[J];礦山壓力與頂板管理;1998年02期

6 馮仁俊;彭文慶;楊義輝;;全長(zhǎng)錨固錨桿的光纖光柵實(shí)驗(yàn)研究[J];礦業(yè)工程研究;2009年01期

7 張為芹;田艷紅;;高強(qiáng)碳纖維束絲拉伸性能測(cè)試影響因素的研究[J];理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè));2006年11期

8 李劍鋒;;巷道頂板離層自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)[J];煤礦機(jī)械;2007年04期

9 盧喜山;;智能型頂板離層儀的研制與應(yīng)用[J];煤炭工程;2006年06期

10 朱永建;馮濤;;錨桿支護(hù)超長(zhǎng)煤巷頂板穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)分類(lèi)研究[J];煤炭學(xué)報(bào);2012年04期

本文編號(hào)：2540564