煤巷层状结构面顶板亚失稳临界值及其支护设计研究

摘要

基于从地质力学的角度对结构面分类的方法，以其中在煤巷中常见的并影响煤巷岩体工程稳定性的层状结构面顶板为重点研究对象。研究采用理论分析、现场试验和数值拟合等多种研究方法，将理论与实践相结合，系统地研究了大变形非稳定煤巷层状结构面顶板亚失稳临界值及其与层厚之间的关系，旨在将岩体力学理论与工程实践紧密结合，增强理论研究在工程实践应用中的应用性，不断完善和提高煤矿煤巷工程稳定性控制的研究方法，解决生产难题。为此，重点进行了以下几个方面的研究：(1)在深入学习前人研究成果的基础上，运用新的分类方法对层状结构面进行了分类建立了几何模型，并在新的分类基础上运用数学的方法对层状结构面的软弱夹层简化处理进行了深入的研究，得出了受软弱夹层软化后的岩体的变形模量。(2)重点对大变形非稳定煤巷层状结构面顶板亚失稳临界值与层厚之间的关系进行了深入详细的研究。研究的方法，采用了现场试验的方式。研究的技术路线为，首先进行试验煤巷选择和试验的布置，然后，对试验所得数据进行整理得出大变形非稳定煤巷层状结构面顶板亚失稳临界值，接着，用最小二乘法将五个测点处的顶板亚失稳临界值和顶板层厚两组数据进行了数值拟合，最后得出了二者简单函数关系。(3)基于上述的研究成果，进行了应用研究，应用研究以对层状结构面的新分类方法为依据对煤巷顶板进行分类，并以层状结构面顶板亚失稳临界值与层厚简单函数关系的研究成果为参考，对车集煤矿煤巷进行了四种支护方案的设计研究。总之，在前人研究的基础上在对层状结构面分类、层状结构面顶板亚失稳临界值及其与层厚关系等方面的研究取得了一定的成果。对于增强理论研究在工程实践中的应用，提高企业经济效益和安全生产等都具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1岩体结构面研究现状及评述

1.2.2层状结构面岩体性质研究现状

1.2.3锚杆控制层状结构面顶板稳定性研究现状

1.3研究的主要内容及方法

1.3.1结构面的分类及层状结构面几何模型建立

1.3.2层状结构面软弱夹层简化处理研究

1.3.3层状结构面顶板亚失稳临界值与层厚简单函数关系研究

1.3.4锚杆在结构面岩体中的作用机理研究

1.3.5应用研究

2岩体结构面的分类及层状结构面几何模型的建立

2.1岩体结构面从地质力学上的分类

2.2层状结构面的分类和几何模型建立

2.2.1层状结构面的分类

2.2.2层状结构面几何模型建立

2.3本章小结

3层状结构面的力学效应简化处理研究

3.1结构面力学效应研究现状

3.2层状结构面对顶板岩体的影响研究

3.2.1层状结构面软弱夹层效应研究

3.2.2层状结构面软弱夹层强度特性研究

3.2.3软弱夹层的天然预压荷载与其抗剪强度

3.3对层状结构面岩体理论研究在应用上的一点看法

3.4对层状结构面影响的简化处理

3.4.1.Lc对水平方向E0的综合(弱化)

3.4.2.Lc对垂直方向E0的综合(弱化)

3.5对层状结构面影响简化处理的意义

3.6本章小结

4层状结构面顶板岩体亚失稳临界值与层厚关系研究

4.1含结构面巷道失稳及其判据的研究现状及问题的提出

4.2研究范围的界定

4.3层状结构面顶板亚失稳临界值研究

4.3.1试验过程的基本工作思路

4.3.2试验巷道的选择

4.3.3基准点的安装

4.3.4测试原理及数据分析

4.3.5数据的拟合处理

4.4层状结构面顶板亚失稳临界值研究的意义

4.5本章小结

5锚杆在结构面岩体中的作用机理研究

5.1锚杆支护的类型和参数选择原则研究

5.1.1支护结构的类型

5.1.2锚喷支护参数的选用原则

5.2锚杆支护机理及其支护模型

5.2.1锚固的基本原理

5.2.2锚杆的支护机理

5.3锚杆合理锚固角问题的讨论

5.3.1锚杆合理锚固角

5.3.2锚杆变形角的确定

5.3.3锚杆最优锚固角与变形角的变化规律

5.4锚杆连接链支护作用机理

5.4.1增韧止裂机理

5.4.2结构面剪胀机理

5.5本章小结

6车集煤矿煤巷顶板支护研究

6.1引言

6.2试验区地质概况

6.2.1巷道围岩性质和强度

6.2.2地质构造

6.2.3地应力

6.2.4层状结构面顶板分布状况

6.3巷道失稳分析

6.3.1巷道失稳破坏的表现形式

6.3.2巷道失稳破坏的主控原因

6.4巷道合理支护的基本要求

6.5巷道支护设计的依据与目标

6.6巷道支护方案

6.6.1主要支护措施

6.6.2不同类型顶板条件下的支护方案

6.6.3提高支护效果的具体措施

6.6.4锚杆支护参数理论计算说明

6.7支护效果分析

6.7.1顶板离层概念

6.7.2测量原理

6.7.3数据分析

6.8本章小结

7结论与展望

7.1主要结论

7.2研究展望

参考文献

附录Ⅰ研究生在读期间公开发表的学术论文及科研成果一览表

致谢