【摘要】：巖巷底鼓是煤礦中司空見慣的巷道破壞現象,目前80%以上巷道的破壞是由于底鼓引起的。為了解決巷道底鼓問題,近幾十年來科技工作者們投入了大量的心血,開發(fā)了不少底鼓防治技術。然而,科技工作者們對底鼓機理的認識也不完全一致,底鼓防治技術的工程應用也并未都取得良好的效果。目前工程實踐表明,深部巷道底鼓頻現。為了更好地認識底鼓和底鼓防治技術,提高底鼓防治技術工程應用的成功率,有必要對其開展力學研究。煤礦巖巷圍巖是由層狀巖層構成,層理面、層面是其一大特點。本文采用巖石力學、材料力學、復合材料力學、對具有層狀結構面發(fā)育的底板進行力學分析,探索底板的力學行為特點。在此基礎上,利用RFPA2D數值軟件對具有這種特點的巷道分析其在地應力下的底鼓特征,探索底鼓的規(guī)律性。進而依此,對目前廣泛應用于工程的底鼓防治技術進行力學分析,探討其防治底鼓的作用和局限性。通過研究,取得了如下成果:1.不論是自重應力場還是構造應力場作用下,底板巖層受力復雜,是多種力的復合作用,其中水平應力(平行于層理面)居主要地位。由不同層理構成的底板尤如層合板,在單一應力(拉壓剪)作用下會產生剝離、脫層、劈裂,而在復合應力作用下,底板沿層理方向的脫開將更容易。2.層狀巖層巷道的底板在巷道開挖后原巖應力進行重分布,在底板巖層形成以強大水平應力為主體的復合應力狀態(tài),層狀底板在強大水平應力為主體的復合應力作用下,出現沿層理面或層理方向的劈裂、剝離、脫開,形成薄板,并壓曲或褶曲破壞。層理發(fā)育的底板,沿層理脫開容易,因而底鼓強烈;層理不發(fā)育的底板,沿層理脫開不易,如果其沿層理方向的完整性好,則不易發(fā)生底鼓;只有當作用于底板的應力水平高時才能形成底鼓。3.RFPA2D數值模擬實驗表明,自重應力場和構造應力場均能引起巖巷底鼓。在自重應力場下,隨著原巖應力水平的增大,巷道底板的破壞形狀由倒梯形向梨形發(fā)展,底板撓曲的深度范圍大;在構造應力場作用下,隨著原巖應力水平的增大,底板破壞形狀由倒梯形向倒三角形發(fā)展,底板撓曲的深度范圍較自重應力場小。雖然都有表現為倒梯形的情形,但自重應力的倒梯形底邊遠寬于構造應力場的。對于復合的原巖應力場,則這種特征也呈現過渡特性。4.不同應力場下底鼓的這種特性,可以輔助判定原巖應力是屬于自重應力場為主還是構造應力場為主。5.底鼓的防治,應從削減作用于底板上的水平應力、提高底板巖層的完整性(抗劈裂能力)角度考慮。目前的單一防治技術多只顧及其一,如底板錨桿、底板注漿等只顧及后者,而底腳錨桿(索)、切縫、樁則只起到前者作用,所以作用發(fā)揮受限�？芍貜妥{技術兼顧兩者較好,性價比較高。6.應力水平也是底鼓防治中的一個關鍵因素。RFPA2D數值模擬實驗表明,應力水平對底鼓破壞區(qū)的形狀也產生影響,同時加重底鼓程度。應力水平增高,底鼓破壞區(qū)范圍加深,目前的單一技術在削減作用于底板上的水平應力、提高底板巖層的抗劈裂能力就顯現其缺陷(力不從心)�？芍貜妥{技術,由于可實現定期或不定期不斷給底鼓破壞的底板注入固化材料進行底板加固,注漿管和其周圍的圍巖聯合構成粗而起到削減作用于底板上的水平應力作用,在防治巖巷底鼓方面具有良好的應用前景。
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD353

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本文編號：2771768