巷道底板软弱夹层对底鼓的影响分析及控制

摘要

目前深井开采十分普遍，由于开采深度的加深，井下的运作环境也日趋复杂多样，特别是巷道所处环境逐渐恶劣，加之巷道围岩周边软弱夹层普遍存在，巷道的维护问题就更加困难。在传统巷道维护中，巷道的顶板及两帮是巷道支护的重点，而巷道的底鼓问题长时间以来不被重视，近几年巷道的底鼓问题逐步引起人们的关注，在某些矿井，巷道底鼓甚至比顶板和两帮的变形更加严重，因此，本文以底鼓为研究重点，分别分析了各种赋存条件的软弱夹层对底鼓的影响程度。由于煤系地层多由层状岩层组成，而层状岩体结构的力学性能的薄弱环节就是软弱夹层，因此巷道稳定性很大程度上受该弱结构的影响。本文采用实验室物理力学实验、相似材料模拟试验、数值模拟、理论分析等综合方法，主要研究内容如下所述:
　　(1)通过大量现场调研深部巷道底鼓情况，统计深部底鼓巷道底板围岩变形量、破坏形态、应力分布、物理力学性质、以及巷道断面形状，重点研究底板含软弱夹层条件以及受开采扰动影响的巷道底鼓变形破坏规律。
　　(2)运用岩石力学、弹塑性力学等理论，构建底板含软弱夹层复合体的力学模型，分析其底板破坏变形机理，根据夹层位置的不同与底板破坏程度，对巷道底板围岩破坏进行分区，为底板加固提供依据。
　　(3)应用数值模拟的方法，将不同夹层厚度、不同夹层数量、不同夹层距离，构建多种试验模型，分析在各种因素的作用下巷道的底鼓特征，最终将各种因素叠加，建立各种因素对巷道影响的线型或非线性模型，确定各影响因素的方程系数。
　　(4)采用CM250/18平面应力试验台，分别建立夹层位于底板破坏区内、底板弹塑性临界区、底板弹性区模型，监测巷道底板的力学变化和位移变形过程，分析夹层对巷道底板的破坏作用。
　　(5)结合近几年治理含软弱夹层巷道底鼓的工程实践，设计适用性较强的底鼓治理方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 问题的提出

1．3 软弱夹层研究概述

1．3．1 软弱夹层理论研究现状

1．3．2 含软弱夹层底板工程治理现状

1．4 研究内容、方法、技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

1．4．3 技术路线

第2章 软弱夹层的物理力学特征分析

2．1 软弱夹层的概念与分类

2．1．1 软弱夹层的概念

2．1．2 软弱夹层的分类

2．2 软弱夹层的成因

2．3 软弱夹层的物理特性

2．3．1 软弱夹层的形态特征

2．3．2 软弱夹层的物理参数

2．4 软弱夹层的力学性质

2．4．1 法向变形

2．4．2 剪切变形

2．4．3 流变特性

2．5 软弱夹层力学分析

2．6 本章小结

第3章 不同底板软弱夹层对巷道的影响模拟分析

3．1 UDEC软件简介

3．1．1 UDEC的提出

3．1．2 UDEC的一般特性

3．2 底板不同软弱夹层对巷道底板变形破坏分析

3．2．1 含不同数量软弱夹层巷道底板变形破坏分析

3．2．2 含不同厚度软弱夹层巷道底板变形破坏分析

3．2．3 含不同位置软弱夹层巷道底板变形破坏分析

3．3 软弱夹层特征与底鼓量之间的关系

3．3．1 巷道底鼓与软弱夹层数量的关系研究

3．3．2 巷道底鼓与软弱夹层厚度的关系研究

3．3．3 巷道底鼓与软弱夹层位置的关系研究

3．4 本章小结

第4章 软弱夹层对底鼓影响相似材料模拟试验研究

4．1 相似材料模拟概念及目的

4．1．1 相似材料模拟的概念

4．1．2 相似材料模拟的目的

4．2 相似模拟试验设计

4．2．1 试验台的设计

4．2．2 相似材料配比的确定

4．3 相似模拟应力研究

4．3．1 DH3815N静态应变测试系统介绍

4．3．2 应变片位置设计

4．3．3 相似模拟力学分析

4．4 相似模拟位移研究

4．4．1 XJTUSD三维静态变形测量系统概述

4．4．2 相似模拟变形分析

4．5 本章小结

第5章 底板含软弱夹层巷道底鼓治理及技术

5．1 含软弱夹层巷道破坏特征分析

5．1．1 巷道底鼓机理类型

5．1．2 底鼓影响因素分析

5．2 含软弱夹层底鼓治理方法简介

5．2．1 底板支护方法分类

5．2．2 底板支护设计

5．3 陶二矿新南总回风巷现场工业性试验研究

5．3．1 南总回风巷地质条件简介

5．2．2 原支护及失效产状

5．2．3 改进设计支护方案

5．4 新景矿中条轨道巷现场工业性试验研究

5．4．1 中条轨道巷地质条件简介

5．4．2 原支护方案与底鼓形态

5．4．3 改进支护设计

5．5 本章小结

第6章 结论

6．1 研究结论

6．2 不足与展望

致谢

参考文献

作者简介及科研成果