【摘要】：煤礦安全支護(hù)問題成為制約煤礦向深部發(fā)展的首要難題,目前巷道支護(hù)中雖廣泛應(yīng)用錨桿支護(hù)理論及技術(shù),但錨桿與錨桿、錨桿與圍巖之間的錨固作用機(jī)理卻缺乏有效認(rèn)識(shí)。本文針對(duì)深部煤礦巷道圍巖錨桿協(xié)同支護(hù)這一科學(xué)問題,以圍巖和錨桿構(gòu)成的錨固體系統(tǒng)為研究對(duì)象,主要應(yīng)用物理模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬方法相結(jié)合,對(duì)不同錨桿預(yù)緊力、長度、密度、鉆裝角度及圍壓等因素下的錨固體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的分布變化規(guī)律及其協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行分析,并對(duì)協(xié)同效應(yīng)下錨固體的強(qiáng)度特性和變形特征進(jìn)行研究,基于協(xié)同理論并通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)巷道錨固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,揭示深部煤礦巷道圍巖錨桿協(xié)同支護(hù)作用機(jī)理。本文主要研究成果如下:(1)以協(xié)同學(xué)理論為基礎(chǔ),建立以反映巷道圍巖穩(wěn)定的位移變化為序參量的演化方程,序參量方程可以較好地表征巷道圍巖穩(wěn)定系統(tǒng)內(nèi)部的反饋、耦合機(jī)制以及與子系統(tǒng)之間協(xié)同演化的非線性關(guān)系,運(yùn)用絕熱消去法求得其定態(tài)解和非定態(tài)解。(2)通過物理模型試驗(yàn)得到錨桿預(yù)緊力和錨桿密度兩個(gè)變量對(duì)錨固體協(xié)同效應(yīng)的影響規(guī)律,研究結(jié)果表明隨預(yù)緊力的增加錨固體內(nèi)垂直應(yīng)力增大,在施加一定預(yù)緊力的群錨支護(hù)下錨固體內(nèi)部相鄰錨桿自由段中部范圍內(nèi)壓應(yīng)力非線性疊加產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng);加錨錨固體單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、粘聚力及內(nèi)摩擦角相比于未加錨試塊均有所提高,且力學(xué)特性受預(yù)緊力和密度影響,錨桿支護(hù)雖能提高自承能力,但過多的錨桿會(huì)減弱錨固體承載能力及穩(wěn)定性。(3)運(yùn)用FLAC~(3D)數(shù)值模擬軟件建立錨固體模型,分析錨桿參數(shù)及圍壓對(duì)錨固體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律,得到兩根錨桿共同作用時(shí)在橫向方向上遠(yuǎn)離錨桿應(yīng)力會(huì)“先減小,后增大”,過大的預(yù)緊力對(duì)協(xié)同效應(yīng)的提升并不明顯;錨桿長度過短不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力疊加區(qū),增加錨桿長度能有效提升協(xié)同效應(yīng);錨桿密度需要合理取值,密度太小錨桿無協(xié)同效應(yīng)區(qū)域,密度太大應(yīng)力疊加現(xiàn)象過于嚴(yán)重,無法充分發(fā)揮每根錨桿的作用;增大圍壓可以增強(qiáng)兩根錨桿自由段橫向連線中部范圍的應(yīng)力場(chǎng)協(xié)同率,但對(duì)錨固體應(yīng)力值、應(yīng)力傳遞范圍、錨固段應(yīng)力集中現(xiàn)象具有一定的削弱作用,圍壓并不會(huì)改變應(yīng)力場(chǎng)分布形態(tài);錨固體應(yīng)力場(chǎng)隨鉆裝角度的增大而減小,當(dāng)鉆裝角度為90°時(shí)錨固體內(nèi)部協(xié)同效應(yīng)最強(qiáng),協(xié)同范圍最廣。(4)基于協(xié)同錨固控制原理,對(duì)貴州某煤礦巷道的支護(hù)方式和支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn),改善了圍巖大變形、初期變化速率大、變形持續(xù)時(shí)間長的狀況,提高了施工質(zhì)量,有效控制了巷道圍巖變形。
【圖文】：

在深部高應(yīng)力環(huán)境中，巖石具有強(qiáng)時(shí)間效應(yīng)。圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，監(jiān)測(cè)較長時(shí)間后巖體變形速率不為零，巖體仍在緩慢變形，表現(xiàn)出較強(qiáng)的流變或蠕變特征；③深部巖石的擴(kuò)容性質(zhì)。Bridgman P W[44]首次在單軸壓縮試驗(yàn)中觀測(cè)到巖石破裂前出現(xiàn)體積增大現(xiàn)象；Matsushima S[45]在圍壓下同樣也觀測(cè)到了擴(kuò)容現(xiàn)象，，不過，隨著圍壓的增大，擴(kuò)容的數(shù)值會(huì)降低；Kwasniewski MA[38]通過試驗(yàn)進(jìn)一步研究表明，在圍壓較低條件下，由于內(nèi)部微裂紋的張開巖石會(huì)在低于峰值強(qiáng)度時(shí)發(fā)生擴(kuò)容，但圍巖較高時(shí)，這種擴(kuò)容現(xiàn)象并不明顯，甚至完全消失。（a）鋼架支護(hù)大變形底鼓 （b）錨網(wǎng)支護(hù)巖爆破壞

用水量試件質(zhì)的 14 4∶1 4∶65 4∶1 5∶56 4∶1 6∶47 5∶1 4∶68 5∶1 5∶59 5∶1 6∶410 6∶1 4∶611 6∶1 5∶512 6∶1 6∶413 7∶1 4∶614 7∶1 5∶515 7∶1 6∶4（4）試塊養(yǎng)護(hù)。將已編好號(hào)的試件，在室溫條件下自然養(yǎng)護(hù) 14d。養(yǎng)護(hù)中的部分試 3-1（b）所示。（5）加載。將養(yǎng)護(hù)好的試塊放入微機(jī)控制萬能試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行單軸壓縮，試驗(yàn)采用軸加載速率的控制方式，加載速率保持在 0.5mm/min，直至試樣破壞。試塊單軸壓縮用 DS2-8A 全信息聲發(fā)射信號(hào)分析儀進(jìn)行同步聲發(fā)射數(shù)據(jù)采樣。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD353.6

【參考文獻(xiàn)】

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2 王一立;范留軍;;傳統(tǒng)懸吊、組合拱理論與松動(dòng)圈理論聯(lián)系差異探究[J];科技視界;2015年24期

3 史小萌;劉保國;肖杰;;水泥和石膏膠結(jié)相似材料配比的確定方法[J];巖土力學(xué);2015年05期

4 吳小波;;地質(zhì)雷達(dá)在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J];自動(dòng)化應(yīng)用;2015年04期

5 龍景奎;;深部高應(yīng)力軟巖巷道協(xié)同錨護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用[J];煤炭工程;2015年04期

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8 袁貴斌;劉剛;;協(xié)同學(xué)在巷道圍巖穩(wěn)定中的理論研究[J];煤炭技術(shù);2014年09期

9 王洪江;李公成;吳愛祥;儀海豹;孫偉;王曉寧;何建元;;龍首礦圍巖流變特性理論分析及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2014年S2期

10 于輝;唐仁學(xué);孔令根;牛智勇;;圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論在煤巷支護(hù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];中國礦業(yè);2014年08期

本文編號(hào)：2620621