發(fā)布時間：2020-07-05 01:20

【摘要】：深部巷道圍巖變形破壞不僅與地應力、圍巖強度有關,更與圍巖支護加固的承載結構有關,圍巖破壞并不等于巷道整體失穩(wěn),因此從巷道圍巖承載結構失穩(wěn)的角度來研究更有針對性。圍巖承載結構的失穩(wěn)離不開其所受應力狀態(tài),研究結構失穩(wěn)首先要研究其所受荷載和位移對應的關系。為了得到錨固結構失穩(wěn)與其所受荷載的關系以及進一步揭示錨桿與圍巖相互作用形成錨固結構承載體的機理,本文結合國家自然科學基金重點項目“深部開采與巷道圍巖穩(wěn)定控制信息化基礎理論研究(51734009)”和國家重點研發(fā)計劃子課題(2017YFC0603001)“千米深井強采動巷道圍巖劣化與強度衰減規(guī)律”以中煤新集能源口孜東煤礦-967m水平西翼軌道大巷為研究對象,綜合運用物理模擬試驗、理論分析及數(shù)值模擬等研究手段,對預制半圓拱形錨固結構承載能力與位移關系以及不同錨桿支護參數(shù)下錨桿預緊力形成的承載拱結構效應進行了系統(tǒng)的研究。主要研究內容及結論如下:(1)根據(jù)深部巷道圍巖峰后變形條件,研制以河砂、水泥及石膏不同配比以滿足相似物理模擬試驗要求;自主研制了預制錨固結構模具,開展了深部巷道預制錨固結構承載體在不同錨桿密度條件下受力變形失穩(wěn)的模型試驗,首次獲得了3種不同錨固結構全過程的荷載-位移曲線,提出了“單位頂?shù)装逑鄬σ平康钠骄奢d變化量η”來表示錨固結構承載體能力的判據(jù);分析了錨固結構承載體表面徑向應力和切向應力的演化規(guī)律;采用課題組的PhotoInfor V7.2數(shù)字照相量測分析系統(tǒng),揭示了錨固結構承載體破壞過程位移場的演化規(guī)律。(2)在獲得上述3種預制不同錨固結構試驗結果的基礎上,基于莫爾庫倫屈服準則對錨固結構承載體的強度和厚度的影響因素進行了分析;研究了錨桿的與巷道半徑、錨桿參數(shù)、錨桿材質以及圍巖的黏聚力、內摩擦角等因素對錨固結構承載體強度和厚度的影響規(guī)律;獲得了不同錨桿密度條件下的錨固結構承載體最終破壞模式和機制。(3)基于預制不同錨固結構荷載位移試驗全過程,建立了FLAC~(3D)數(shù)值模型,開展了錨固結構承載特性的研究,系統(tǒng)分析了錨桿預緊力、直徑、密度、長度等參數(shù)對錨桿預緊力所擴散應力場的強度和范圍的影響規(guī)律,揭示了錨固結構承載能力的形成機理,獲得了不同錨桿參數(shù)承載拱結構的強度和厚度的變化規(guī)律。(4)根據(jù)研究結論,對口孜東煤礦-967m水平西翼軌道大巷現(xiàn)場實測了地應力以及松動圈厚度值,優(yōu)化了支護參數(shù),提出了“讓壓+注漿+主、被動協(xié)同支護”穩(wěn)定控制理念。新方案不僅使得錨固結構起到整體錨固的作用,強度和厚度得到了提升,現(xiàn)場工業(yè)性試驗取得了良好的支護效果。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD353
【圖文】：

開采對象轉向深部[1-3]，隨著開采深度增加和開采強度加大，深部巷三高一擾動”的環(huán)境中[4-6]，尤其是高地應力條件下巖石表現(xiàn)出十分特殊的力學巷道圍巖常出現(xiàn)冒落及支護結構失穩(wěn)的現(xiàn)象，千米深井巷道由于高應力、強流形[8]，致使巷道維護的難度劇增，巷道掘出后易表現(xiàn)出非線性大變形特征[9, 10]維護效果極差，往往經(jīng)歷多次修復仍不能滿足礦井安全生產(chǎn)所需的斷面要求，了深部煤炭資源的安全高效開采[9, 10]，是目前我國煤炭深部開采面臨的嚴重挑深部條件下，錨桿仍然是基本的有效支護形式[16]，但由于巖土體的礦物組成、及其所處地質條件的多樣性和復雜性決定了巖土體物理力學特性的千變萬化，科學有效的錨桿支護理論來指導錨桿支護設計。近年來，巷道圍巖承載結構的大學者提出，錨固結構承載理論得到進一步的發(fā)展。試驗和工程實際都已證明，巖層壓力大造成巷道量位移增大，支護失效，巷道加，巷道維護困難等問題出現(xiàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計[17]由于深部開采引起圍巖變形、圖 1-1（a））、幫部鼓起（如圖 1-1（b））的等安全事故，占礦山建設、生產(chǎn)事的 40%以上，深巖層壓力與巷道支護結構的失穩(wěn)問題已經(jīng)成為亟待解決的問題

巖相似的物理力學性質，還要滿足峰后延性破壞的特征。參考課題組以往對錨固道圍巖相似材料的研究成果�；谝陨峡紤]以及根據(jù)課題組以往的研究經(jīng)驗[96, 97]選取河沙、水泥（C32.5）和石膏配制深部巷道圍巖的相似材料。2.1 相似材料制備過程深部巷道圍巖峰后往往具有一定的延性，為增加試驗的可靠性，配備相似材料重視相似材料的物理力學性能，因此試驗前需要對相似材料的基本力學參數(shù)進行要得到的參數(shù)如：相似材料單軸抗壓強度、相似材料的彈性模量、相似材料的抗、相似材料的內摩擦角及相似材料的黏聚力等。相似材料的澆筑過程如圖 2-1 所（a）稱重 （b）刷油 （c）壓實

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本文編號：2741863