【摘要】：當(dāng)巷道穿過(guò)礦巖接觸帶時(shí),巖體應(yīng)力平衡狀態(tài)受到擾動(dòng),造成應(yīng)力場(chǎng)重新分布。由于不同巖體應(yīng)力場(chǎng)分布特征的差異,接觸帶兩側(cè)巖體產(chǎn)生不協(xié)調(diào)變形,導(dǎo)致巷道頂板變形破壞甚至失穩(wěn)。因此,研究礦巖接觸帶巷道頂板應(yīng)力場(chǎng)分布特征,掌握其變形破壞規(guī)律,是保障巷道安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)。依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“接觸帶巷道非協(xié)調(diào)變形破壞機(jī)理及控制原理研究(51574183)”,采用理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),對(duì)礦巖接觸帶巷道頂板變形破壞規(guī)律及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)開(kāi)展了系統(tǒng)研究。開(kāi)展礦巖接觸帶復(fù)合巖體試件單軸壓縮聲發(fā)射試驗(yàn)研究,獲取基本力學(xué)參數(shù),分析了相似材料強(qiáng)度比值、體積占比對(duì)復(fù)合巖體試件變形破壞的影響;基于復(fù)合巖體試件破壞情況,定義了裂紋長(zhǎng)度擴(kuò)展因子,以聲發(fā)射事件計(jì)數(shù)變化進(jìn)行驗(yàn)證,表征出復(fù)合巖體試件變形破壞的三種形態(tài)。采用軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題圓柱坐標(biāo)平衡微分方程,構(gòu)建了復(fù)合巖體試件徑向和環(huán)向應(yīng)力關(guān)系式,計(jì)算了復(fù)合巖體試件接觸面應(yīng)力變化與彈性模量比值和接觸面角度的關(guān)系。研究表明復(fù)合巖體試件接觸面徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力隨彈性模量比值的增大而減小,隨接觸面角度的增大而減小,為接觸帶巷道頂板變形破壞主要影響因素選取提供了依據(jù)。利用數(shù)值模擬方法,分析了礦巖強(qiáng)度差異、接觸面角度及埋深等主控因素對(duì)礦巖接觸帶巷道圍巖應(yīng)力分布、頂板沉降變形及圍巖塑性區(qū)分布的影響,揭示出礦巖接觸帶巷道頂板沉降變形沿走向具有明顯的區(qū)域性特征。運(yùn)用相似理論,構(gòu)建了大冶鐵礦礦巖接觸帶巷道物理相似模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ?設(shè)計(jì)了沿巷道走向與礦巖接觸面對(duì)稱(chēng)布置應(yīng)變位移計(jì)的監(jiān)測(cè)方案,揭示出鄰近巷道開(kāi)挖增大了接觸帶巷道兩側(cè)巖體的不協(xié)調(diào)沉降變形程度。對(duì)大冶鐵礦礦巖接觸帶巷道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)接觸帶巷道大理巖側(cè)頂板沉降量和沉降速率大于鐵礦側(cè)頂板沉降量和沉降速率。相似模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果的一致性,驗(yàn)證了礦巖接觸帶巷道頂板沉降變形規(guī)律的可信性。對(duì)大冶鐵礦接觸帶巷道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析,歸納出礦巖接觸帶巷道頂板變形破壞的基本類(lèi)型與特征。結(jié)合巷道開(kāi)挖后巖體應(yīng)力集中和轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象,基于剪應(yīng)力強(qiáng)度理論,闡述了礦巖接觸帶巷道頂板巖體發(fā)生剪切破壞的演化機(jī)理。構(gòu)建礦巖接觸帶巷道頂板巖梁力學(xué)模型,對(duì)礦巖接觸帶巷道頂板結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析,推導(dǎo)了接觸帶巷道頂板沉降量表達(dá)式。研究揭示礦巖接觸帶巷道頂板變形破壞是剪切應(yīng)力和壓應(yīng)力共同作用的結(jié)果,為礦巖接觸帶巷道頂板變形破壞規(guī)律提供了理論解釋。針對(duì)接觸帶巷道穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的不確定性,基于未確知測(cè)度理論,進(jìn)行接觸帶巷道穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí),建立單指標(biāo)測(cè)度函數(shù),構(gòu)建了接觸帶巷道穩(wěn)定性未確知測(cè)度評(píng)價(jià)模型。以大冶鐵礦尖林山礦巖接觸帶巷道為樣本,運(yùn)用所構(gòu)建模型開(kāi)展了穩(wěn)定性評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果與礦山實(shí)際吻合。未確知測(cè)度評(píng)價(jià)模型對(duì)礦巖接觸帶巷道穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有較好的適用性,為礦巖接觸帶巷道穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供了新的思路。礦巖接觸帶復(fù)合巖體力學(xué)特征、巷道頂板沉降變形規(guī)律和基于未確知測(cè)度理論的巷道穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型等關(guān)鍵問(wèn)題的系統(tǒng)研究,有效揭示了礦巖接觸帶巷道頂板變形破壞規(guī)律,提出了適用于礦巖接觸帶巷道的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法,為礦巖接觸帶巷道頂板穩(wěn)定性控制與治理提供了理論支撐和工程實(shí)踐指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TD322.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 曾佳龍;劉瓊;黃銳;關(guān)燕鶴;劉博;湯宗超;況成彬;張少軍;;基于未確知測(cè)度理論的薄基巖厚松散含水層下煤層安全開(kāi)采區(qū)域劃定[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2015年06期

2 馬念杰;趙希棟;趙志強(qiáng);李季;郭曉菲;;深部采動(dòng)巷道頂板穩(wěn)定性分析與控制[J];煤炭學(xué)報(bào);2015年10期

3 陳上元;杜斌斌;郭志飚;王煬;;構(gòu)造破碎帶巷道破壞機(jī)理分析及控制技術(shù)[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2015年09期

4 李為騰;李術(shù)才;玄超;王琦;王新;邵行;;高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)失效機(jī)制及控制研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年09期

5 宋亮華;劉濤;;基于未確知測(cè)度理論的巖石穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)[J];西部探礦工程;2015年07期

6 李彥偉;馬振乾;張科學(xué);劉繼平;;沿空巷道錨桿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化及應(yīng)用研究[J];煤炭技術(shù);2015年06期

7 種照輝;李亞楠;王騰;李冬偉;楊吉平;;煤巖互層巷道模擬試驗(yàn)與控制對(duì)策[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年05期

8 葉義成;施耀斌;王其虎;劉艷章;姚囝;魯方;;緩傾斜多層礦床充填法開(kāi)采圍巖變形及回采順序試驗(yàn)研究[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2015年03期

9 張杰;楊濤;王斌;肖琦;劉東;;王洼煤礦軟巖巷道變形破壞及支護(hù)對(duì)策[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2015年03期

10 種照輝;李學(xué)華;姚強(qiáng)嶺;鞠明和;李冬偉;;基于正交試驗(yàn)煤巖互層頂板巷道失穩(wěn)因素研究[J];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2015年02期

，

本文編號(hào)：2696158