【摘要】：我國約三分之一以上煤層巷道頂板屬于復(fù)合頂板,由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變,給巷道的穩(wěn)定性評判和支護(hù)帶來很大的困難,導(dǎo)致頂板冒落事故頻繁發(fā)生,嚴(yán)重影響煤礦的生產(chǎn)安全。因此,弄清楚復(fù)合頂板結(jié)構(gòu)對其穩(wěn)定性的影響具有重要的工程應(yīng)用價值。本文以澄合礦區(qū)工程為背景,采用理論分析、簡化模擬試驗和結(jié)構(gòu)相似模擬試驗相結(jié)合的方法,研究復(fù)合頂板巖性、厚度、層數(shù)、位置等不同的結(jié)構(gòu)形式對其穩(wěn)定性的影響及復(fù)合頂板變形-破壞規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上提出科學(xué)、合理的復(fù)合頂板穩(wěn)定性分類方法。為煤巷復(fù)合頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制提供科學(xué)依據(jù)。主要的研究結(jié)論有:(1)煤層巷道復(fù)合頂板結(jié)構(gòu)特征一般表現(xiàn)為軟硬巖層互相間隔或為多層軟弱巖層構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu),且各巖層厚度與煤巷跨度之比滿足薄板假設(shè)(巖層厚度小于煤巷跨度的1/5),其特點是各巖層結(jié)構(gòu)弱面(節(jié)理、層理、裂隙)發(fā)育,層間粘結(jié)力較小。(2)通過對其變形破壞規(guī)律分析可以看出,復(fù)合頂板的破壞呈現(xiàn)由下而上分層垮落形式,其穩(wěn)定性除與巷道圍巖工程、地質(zhì)條件有關(guān)外,影響自身穩(wěn)定性的主要因素是復(fù)合頂板巖性、厚度、位置、層數(shù)等結(jié)構(gòu)特征。(3)基于簡化的復(fù)合頂板組合梁結(jié)構(gòu)力學(xué)理論,結(jié)合復(fù)合頂板結(jié)構(gòu)特征和穩(wěn)定性的影響因素,建立了簡化的組合梁力學(xué)測試模型,測試了不同巖性、巖層厚度、層數(shù)、巖層位置及層間粘結(jié)力的組合梁結(jié)構(gòu)受力特征,試驗結(jié)果表明:煤巷復(fù)合頂板厚度一定時,其自身穩(wěn)定性隨巖性的增大、硬巖層厚度的增加、硬厚巖層到煤層距離的減小及層間粘結(jié)力的增強(qiáng)而提高,而隨分層數(shù)的增多而降低,直到層數(shù)大于等于四層時,頂板穩(wěn)定性受其層數(shù)變化的影響較小;其影響因素的影響程度由大到小依次是:巖性巖層厚度層數(shù)巖層位置層間粘結(jié)力。(4)以相似理論為基礎(chǔ),采用相似模擬試驗方法,建立了幾何相似、強(qiáng)度相等的四個煤巷復(fù)合頂板巷道圍巖結(jié)構(gòu)體試驗?zāi)Ｐ?揭示了其在地應(yīng)力作用下圍巖的應(yīng)力分布規(guī)律及失穩(wěn)破壞特征。試驗結(jié)果進(jìn)一步表明:復(fù)合頂板結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn)定性對巷道圍巖穩(wěn)定性至關(guān)重要。(5)在以上研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合目前復(fù)合頂板穩(wěn)定性的分類方法,提出了采用復(fù)合頂板厚度和復(fù)合頂板綜合強(qiáng)度系數(shù)為主的新的穩(wěn)定性分類方法,為今后更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的復(fù)合頂板巷道穩(wěn)定性控制提供科學(xué)依據(jù)。
【圖文】：

（a）頂?shù)装宸�(wěn)定時幫部拉裂破壞 （b）頂?shù)装宀环�(wěn)定時幫部拉裂破壞圖 2.2 巷道幫部拉裂破壞示意圖（2）兩幫剪切破壞當(dāng)巷道幫部為強(qiáng)度較高圍巖體時，在垂直自重應(yīng)力及水平構(gòu)造應(yīng)力共同作用下，兩幫圍巖體將產(chǎn)生很多條與煤幫成一定角度的剪切破裂面，，形成楔形“片幫”破壞特征；

（a）兩幫堅硬巖體片幫塌落 （b）兩幫軟弱巖體塑性剪切破壞圖 2.3 巷道幫部剪切破壞示意圖2.2.3 頂部與幫部相互作用機(jī)理分析在實際巷道工程中，頂板下沉與兩幫變形是相互影響的，且共同決定巷道圍巖的穩(wěn)
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD327.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2705393