深部软岩巷道变形破坏特征及连续“双壳”支护实验研究

摘要

随着矿井机械化生产程度的不断提升，地下工程开采在生产规模与数量上也日渐扩大，深部建设成为了人类地下工程活动的必然选择。深部巷道及采场面临地质条件十分复杂，高地应力、高地温及软岩控制等问题愈加突出，研究深部软岩巷道变形破坏机理、围岩变形特征及巷道稳定性控制技术对深部资源开采有着重要意义。结合冀中能源邯矿集团陶二矿新南总回风巷高地应力巷道变形特征，根据国内外深部软岩巷道研究进展，运用理论分析与模拟方式研究了不同支护形式巷道围岩变形破坏特征、围岩收敛情况，对比分析了不同锚注支护参数（厚度、强度）下支护承载特性，主要研究成果为以下几个方面：
　　（1）运用流变模型对深部软岩巷道进行黏弹性力学分析，推算得出围岩表面位移及变形速率的表达式，并利用数学计算软件绘制不同侧压系数下围岩位移及速率随半径变化曲线。结合该结构模型，通过数值模拟研究深部高地应力软岩巷道变形破坏特征，分析位移、应力、塑形区等随时间变化规律。
　　（2）结合深井软岩巷道变形破坏特征及机理，提出双壳加固概念；浅部壳采用预应力锚杆与注浆的方式改善浅部围岩结构，预留出足够的膨胀能变形时间；深部壳阻隔地应力对浅部壳的进一步破坏，确保浅部壳足够的承载能力与巷道的长期稳定。
　　（3）结合煤岩体破坏机制及力学原理，分析煤岩体注浆加固机理；通过实验室胶结体单轴压缩实验，得出注浆对不同注浆介质残余强度的影响特性，为后期实验与模拟中参数的反演计算打基础。
　　（4）研究不同支护形式下巷道围岩围岩变形特征，划分λ<1情况下巷道在楔形破裂带、二次破裂带以及滑移失稳带的分区破坏特点；得出不同壳体支护参数下巷道围岩体变形破坏特征及其对双壳加固体承载特性的影响。
　　（5）通过数值反演的方式确定了锚注体强度参数与应变之间关系，并嵌入数值计算模型之中。分析了不同壳体参数情况下双壳结构应力分布特点、双壳结构承载能力、峰值迁移规律，并对双壳支护参数对结构外部围岩稳定性影响进行进一步分析，并得出一些有益结论。

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第1章 绪 论

1.1 问题的提出

1.2 国内外软岩巷道支护理论研究进展

1.3 主要研究内容与方法

1.4 技术路线

第2章 深井软岩巷道变形破坏特征研究

2.1 深部软岩巷道变形破坏的弹塑性分析

2.2 高地应力软岩巷道变形破坏特征模拟分析

2.3 深部高应力软岩巷道围岩变形破坏特征

2.4 本章小结

第3章 深井软岩巷道壳体强化支护理论研究

3.1 双壳概念的提出

3.2 连续“双壳”加固机理

3.3 壳体参数对巷道变形控制作用

3.4 本章小结

第4章 煤岩体注浆加固机理及其特性研究

4.1浆液与被注介质作用关系

4.2 注浆加固机理

4.3 煤岩体胶结特性实验

4.4 本章小结

第5章 高垂直应力巷道连续“双壳”支护实验模拟

5.1 实验模型设计

5.2 实验过程

5.3不同支护巷道围岩破坏演化规律

5.4 不同壳体参数巷道围岩破坏特征

5.5 不同壳体参数双壳承载特性

5.6“双壳”支护参数的确定

5.7 本章小结

第6章 深井软岩巷道连续“双壳”支护承载特性模拟分析

6.1 数值模拟基础分析

6.2 数值模拟软件与本构模型的选取

6.3 模型的建立与计算参数

6.4 双壳加固应力分布特点

6.5 不同壳体参数双壳支护承载特性

6.6 本章小结

第7章 结 论

7.1 主要结论

7.2 创新点

7.2 存在不足

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果

1 基本情况

2 发表论文

3 参与科研项目