本文關(guān)鍵詞：煤礦深立井馬頭門(mén)圍巖歷時(shí)穩(wěn)定性及其控制技術(shù)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：深井多呈現(xiàn)出工程地質(zhì)條件復(fù)雜、地壓大等特點(diǎn)。由于深立井馬頭門(mén)位處礦井咽喉部位,設(shè)計(jì)斷面大,在施工過(guò)程中,圍巖反復(fù)受到擾動(dòng),因此,深立井馬頭門(mén)破壞的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,嚴(yán)重影響圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。針對(duì)上述技術(shù)難題,以確保深立井馬頭門(mén)圍巖穩(wěn)定和支護(hù)結(jié)構(gòu)安全為目的,采用理論分析、數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的研究方法,系統(tǒng)地開(kāi)展了深立井馬頭門(mén)圍巖歷時(shí)穩(wěn)定性分析、控制技術(shù)與應(yīng)用等方面的研究。論文的主要研究工作及成果如下：(1)試驗(yàn)室內(nèi)展開(kāi)深部地層砂質(zhì)泥巖的三軸蠕變?cè)囼?yàn),在線性伯格斯模型的基礎(chǔ)上建立變參數(shù)非線性黏彈塑性伯格斯蠕變本構(gòu)模型。它可以完整的描述砂質(zhì)泥巖在較低應(yīng)力水平和超過(guò)破裂應(yīng)力水平下的蠕變力學(xué)行為。采用萊芬博格-馬奎特算法對(duì)該模型的蠕變參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí),發(fā)現(xiàn)在同一級(jí)應(yīng)力水平下砂質(zhì)泥巖蠕變模型的軸向、徑向應(yīng)變參數(shù)有所差異,砂質(zhì)泥巖的蠕變變形具有各向異性的特征,數(shù)值計(jì)算二次開(kāi)發(fā)時(shí)蠕變模型參數(shù)取值需要考慮不同應(yīng)力水平下巖石蠕變的各向異性。(2)以淮南某礦副井馬頭門(mén)為原型,建立馬頭門(mén)大型三維數(shù)值計(jì)算模型,結(jié)合深部地層巖石蠕變?cè)囼?yàn)提出的變參數(shù)非線性伯格斯蠕變模型,進(jìn)行了基于ABAQUS的用戶本構(gòu)模型二次開(kāi)發(fā),并應(yīng)用于深立井馬頭門(mén)圍巖歷時(shí)穩(wěn)定性的三維數(shù)值模擬分析。數(shù)值計(jì)算揭示了馬頭門(mén)圍巖位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律以及塑性區(qū)的分布特征。指出隨著時(shí)間推移和馬頭門(mén)的分步開(kāi)挖,硐室圍巖主要應(yīng)力集中區(qū)呈現(xiàn)“歷時(shí)三區(qū)轉(zhuǎn)化”規(guī)律。建立了一套完整的大型深立井馬頭門(mén)歷時(shí)數(shù)值分析方法,可對(duì)馬頭門(mén)的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià),數(shù)值分析結(jié)果能夠?yàn)樯盍⒕R頭門(mén)圍巖變形控制與支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力依據(jù)。(3)研制煤礦深立井馬頭門(mén)大型三維物理模型試驗(yàn)裝置,首次采用光纖、電法和電阻式傳感器等聯(lián)合測(cè)試系統(tǒng),得到了煤礦深井馬頭門(mén)分步開(kāi)挖過(guò)程中的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)和松動(dòng)范圍變化規(guī)律。由光纖測(cè)試結(jié)果可知,井筒和馬頭門(mén)交界處圍巖受井筒和馬頭門(mén)開(kāi)挖影響顯著,圍巖受影響范圍約300mm,相當(dāng)于實(shí)際工程中的影響范圍為15m；馬頭門(mén)兩邊圍巖受影響范圍約200mm,相當(dāng)于實(shí)際工程中的影響范圍為l0m。井筒和馬頭門(mén)開(kāi)挖,引起圍巖應(yīng)力減少,距離馬頭門(mén)頂板2-3m處,圍巖最小應(yīng)力降為原巖應(yīng)力的20～30%左右。電法測(cè)試系統(tǒng)所測(cè)得松動(dòng)圈厚度基本為200mm～300mm,和光纖測(cè)試結(jié)果一致。(4)依據(jù)深立井馬頭門(mén)數(shù)值計(jì)算與模型試驗(yàn)揭示的圍巖歷時(shí)穩(wěn)定性演化規(guī)律,結(jié)合工程應(yīng)用監(jiān)測(cè)結(jié)果,針對(duì)深立井馬頭門(mén)的地質(zhì)條件、施工過(guò)程和支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提出系列深立井馬頭門(mén)圍巖變形控制技術(shù)。采用地面預(yù)注漿技術(shù),加固馬頭門(mén)上下段井壁圍巖及馬頭門(mén)大硐室頂?shù)装鍑鷰r,提高軟弱巖體的承載能力。從裝藥結(jié)構(gòu)、爆破參數(shù)以及周邊控界爆破技術(shù)等方面控制爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)。在馬頭門(mén)大硐室與兩側(cè)后續(xù)巷道之間施工一排密集深鉆孔,隔離鄰近硐室施工和變形擾動(dòng)對(duì)已支護(hù)馬頭門(mén)襯砌和圍巖的穩(wěn)定性影響。包括上、下口段井壁,深立井馬頭門(mén)兩側(cè)硐室襯砌混凝土的整體澆筑段長(zhǎng)度由目前的3m左右加長(zhǎng)到6-8m。將信號(hào)硐室和液壓泵站等硐室支護(hù)結(jié)構(gòu)與馬頭門(mén)支護(hù)結(jié)構(gòu)同時(shí)施工,避免后續(xù)施工對(duì)已澆筑井壁的擾動(dòng)影響。針對(duì)深立井馬頭門(mén)的圍巖賦存深度、主要巖性和斷面尺寸等因素提出連接段井壁和馬頭門(mén)硐室支護(hù)結(jié)構(gòu)的分級(jí)策略。(5)將深部馬頭門(mén)圍巖控制技術(shù)成功應(yīng)用到兩淮礦區(qū)的多對(duì)深立井馬頭門(mén)工程中。發(fā)現(xiàn)深部地層馬頭門(mén)支護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋應(yīng)力、混凝土應(yīng)變及硐室斷面收斂變化曲線100天左右以后逐漸趨緩,馬頭門(mén)圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)形成有效共同作用體,硐室變形得到了有效控制。馬頭門(mén)附近硐室的施工容易造成深立井馬頭門(mén)變形加速,嚴(yán)重的會(huì)造成結(jié)構(gòu)的破損,因此需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)馬頭門(mén)大硐室支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部受力和表面收斂,必要時(shí)采取壁后注漿加固圍巖和錨索梁加固襯砌結(jié)構(gòu)等補(bǔ)強(qiáng)措施,確保深井馬頭門(mén)的穩(wěn)定。伴隨國(guó)內(nèi)外煤礦資源采掘深度逐漸加大,深立井馬頭門(mén)圍巖控制技術(shù)的應(yīng)用必將得到重視和推廣。
【關(guān)鍵詞】：煤礦 深部地層 馬頭門(mén) 穩(wěn)定性 支護(hù)結(jié)構(gòu) 控制技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD350
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 1 緒論16-33
• 1.1 研究的背景和意義16-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-30
• 1.2.1 論分析17-22
• 1.2.2 試驗(yàn)研究22-28
• 1.2.3 控制技術(shù)28-30
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容與方法30-33
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容31
• 1.3.2 研究方法與技術(shù)路線31-33
• 2 煤礦深部地層巖石蠕變?cè)囼?yàn)研究33-45
• 2.1 概述33-34
• 2.2 砂質(zhì)泥巖三軸蠕變?cè)囼?yàn)34-37
• 2.2.1 主要試驗(yàn)設(shè)備34-35
• 2.2.2 三軸蠕變?cè)囼?yàn)過(guò)程35-37
• 2.3 砂質(zhì)泥巖變參數(shù)非線性蠕變本構(gòu)模型37-43
• 2.3.1 伯格斯線性蠕變模型37-39
• 2.3.2 變參數(shù)非線性伯格斯蠕變模型39-41
• 2.3.3 蠕變模型參數(shù)辨識(shí)方法41-42
• 2.3.4 蠕變模型參數(shù)的辨識(shí)與驗(yàn)證42-43
• 2.4 小結(jié)43-45
• 3 深立井馬頭門(mén)圍巖歷時(shí)穩(wěn)定性分析45-74
• 3.1 數(shù)值模擬軟件選擇45
• 3.2 深立井馬頭門(mén)的原型45-46
• 3.3 深立井馬頭門(mén)數(shù)值計(jì)算模型46
• 3.4 單元類型和本構(gòu)關(guān)系46-54
• 3.4.1 單元類型46-50
• 3.4.2 ABAQUS用戶本構(gòu)關(guān)系的二次開(kāi)發(fā)50-54
• 3.5 模型尺寸及邊界條件54
• 3.6 馬頭門(mén)開(kāi)挖與支護(hù)數(shù)值模擬方法54-56
• 3.7 馬頭門(mén)施工步驟56
• 3.8 數(shù)值計(jì)算結(jié)果及分析56-73
• 3.8.1 井筒縱向剖面圍巖位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)57-65
• 3.8.2 馬頭門(mén)橫向剖面圍巖位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)65-72
• 3.8.3 各剖面圍巖塑性區(qū)72-73
• 3.9 小結(jié)73-74
• 4 深立井馬頭門(mén)圍巖響應(yīng)規(guī)律試驗(yàn)研究74-101
• 4.1 相似準(zhǔn)則74-79
• 4.1.1 幾何相似常數(shù)75-76
• 4.1.2 相似材料76-78
• 4 .1.3荷載相似常數(shù)78-79
• 4.2 相似模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)79-88
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱骱桶惭b79-82
• 4.2.2 模型實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)82-85
• 4.2.3 模型實(shí)驗(yàn)加載和測(cè)試方案85-87
• 4.2.4 模型實(shí)驗(yàn)井筒和馬頭門(mén)開(kāi)挖87-88
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析88-100
• 4.3.1 圍巖應(yīng)力和變形88-95
• 4.3.2 井筒和馬頭門(mén)襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化95-97
• 4.3.3 圍巖松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果97-100
• 4.4 小結(jié)100-101
• 5 深立井馬頭門(mén)圍巖變形控制技術(shù)101-121
• 5.1 圍巖變形控制技術(shù)的依據(jù)101-102
• 5.2 馬頭門(mén)地面注漿加固102-103
• 5.3 爆破擾動(dòng)控制技術(shù)103-105
• 5.4 馬頭門(mén)隔離孔施工與整體澆筑105-108
• 5.4.1 馬頭門(mén)隔離孔施工105-106
• 5.4.2 馬頭門(mén)整體澆筑106-108
• 5.5 馬頭門(mén)處井壁結(jié)構(gòu)支護(hù)優(yōu)化108-111
• 5.5.1 馬頭門(mén)處井壁支護(hù)結(jié)構(gòu)分級(jí)優(yōu)化108-109
• 5.5.2 望峰崗礦馬頭門(mén)處井壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化109-111
• 5.6 馬頭門(mén)支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化111-119
• 5.6.1 馬頭門(mén)支護(hù)結(jié)構(gòu)分級(jí)優(yōu)化111-113
• 5.6.2 潘一東礦副井馬頭門(mén)支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化113-119
• 5.7 小結(jié)119-121
• 6 深立井馬頭門(mén)支護(hù)優(yōu)化與變形控制技術(shù)工程應(yīng)用121-133
• 6.1 潘一東礦馬頭門(mén)支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化工程應(yīng)用121-128
• 6.2 望峰崗礦第二副井馬頭門(mén)支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化工程應(yīng)用128-131
• 6.3 綜合分析131-132
• 6.4 小結(jié)132-133
• 7 結(jié)論與展望133-136
• 7.1 主要結(jié)論133-135
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)135
• 7.3 展望135-136
• 參考文獻(xiàn)136-145
• 致謝145-146
• 作者簡(jiǎn)介及讀博期間主要科研成果146-148

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：346138