煤炭開(kāi)采過(guò)程中,巷道側(cè)煤層穩(wěn)定性研究一直是煤炭工程中的重要課題。巷道側(cè)煤層失穩(wěn)可分為三個(gè)方面:煤層開(kāi)采前的巷道側(cè)煤層平動(dòng)沖擊失穩(wěn)和巷道側(cè)含瓦斯煤層平動(dòng)突出,以及煤層開(kāi)采后的保護(hù)巷道條帶煤柱支護(hù)失穩(wěn)。目前,針對(duì)這些問(wèn)題的理論研究大多將Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則和Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則作為煤層塑性屈服判據(jù),沒(méi)有考慮中間主應(yīng)力對(duì)煤層強(qiáng)度的提高作用,對(duì)巷道側(cè)煤層應(yīng)力和穩(wěn)定性的正確計(jì)算存在一定局限性,且未能充分發(fā)揮煤層的強(qiáng)度潛能。統(tǒng)一強(qiáng)度理論合理考慮中間主應(yīng)力效應(yīng),包含現(xiàn)有的主要強(qiáng)度準(zhǔn)則,可以適用于各種特性不同的工程材料。因此,本文基于統(tǒng)一強(qiáng)度理論,從這三個(gè)方面入手,對(duì)巷道側(cè)煤層失穩(wěn)進(jìn)行深入而系統(tǒng)的研究。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:(1)針對(duì)巷道側(cè)煤層平動(dòng)沖擊失穩(wěn)問(wèn)題,基于Lippmann理論推導(dǎo)了煤層沖擊失穩(wěn)前塑性區(qū)和彈性區(qū)的應(yīng)力統(tǒng)一表達(dá)式,進(jìn)而根據(jù)豎向應(yīng)力擾動(dòng)增量平衡以及水平應(yīng)力邊界條件,得出巷道側(cè)煤層的擾動(dòng)深度解析式和塑性區(qū)寬度統(tǒng)一解,并對(duì)比相關(guān)文獻(xiàn)驗(yàn)證了所得解答的正確性。結(jié)果表明,深埋煤層發(fā)生沖擊失穩(wěn)的傾向性較高、破壞范圍較大,而薄煤層更易發(fā)生小范圍的沖擊失穩(wěn)。(2)針對(duì)巷道側(cè)含瓦斯煤層平動(dòng)突出問(wèn)題,建立含瓦斯煤層的平動(dòng)突出模型,結(jié)合線性、正弦和指數(shù)三種瓦斯分布形式,分別推導(dǎo)了某一瓦斯分布下煤層突出前的應(yīng)力統(tǒng)一解、擾動(dòng)深度解析式以及塑性區(qū)寬度統(tǒng)一解,并得到相關(guān)文獻(xiàn)的正確性驗(yàn)證。研究表明,側(cè)壓力系數(shù)取值較高時(shí)煤層突出的傾向性降低;瓦斯壓力及其分布形式對(duì)煤層平動(dòng)突出的影響較大,實(shí)際工程中需全面考慮瓦斯的不利作用,以保護(hù)巷道安全。(3)針對(duì)保護(hù)巷道條帶煤柱支護(hù)失穩(wěn)問(wèn)題,將傾斜煤層類比成水平煤層,提出合理考慮中間主應(yīng)力效應(yīng)的傾斜條帶煤柱極限強(qiáng)度公式,繼而結(jié)合威爾遜煤柱設(shè)計(jì)理論,建立考慮矸石支撐作用和煤層傾角影響的傾斜條帶煤柱留設(shè)寬度統(tǒng)一解,并對(duì)比基于Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證。結(jié)果表明,對(duì)于埋深較淺或開(kāi)采寬度較大的煤層,垮落矸石對(duì)上覆巖層的支撐作用更為明顯;煤層傾角大于10°時(shí)影響較大,需考慮傾斜煤層賦存條件下自身的特殊性。(4)綜合對(duì)這三個(gè)方面的參數(shù)分析研究得出,中間主應(yīng)力對(duì)巷道側(cè)煤層穩(wěn)定性的影響顯著,合理考慮中間主應(yīng)力對(duì)煤層強(qiáng)度的提高作用,有利于巷道側(cè)煤層應(yīng)力和穩(wěn)定性的正確計(jì)算,且能夠充分發(fā)揮煤層的承載潛力。(5)黏聚力和內(nèi)摩擦角作為巷道側(cè)煤層的重要強(qiáng)度參數(shù),其變異性應(yīng)得到充分考慮,特別是內(nèi)摩擦角;界面強(qiáng)度參數(shù)反映煤層與巖層交界面的滑移效應(yīng),對(duì)巷道側(cè)煤層穩(wěn)定性的影響十分顯著,設(shè)計(jì)研究時(shí)需特別重視。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD821
【部分圖文】：

開(kāi)采前煤層示意圖

開(kāi)采后煤層示意圖

煤層平動(dòng)沖擊失穩(wěn)的力學(xué)模型巷道側(cè)煤層平動(dòng)沖擊失穩(wěn)的基本假定有[44-45]：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2819916