不同应力条件下的巷道底臌机理及控制技术研究

摘要

随着我国煤炭工业的发展，我国传统产煤地区的煤炭资源日益枯竭，我国的煤炭生产必将向地下深埋方向和西北地区发展。大埋深岩体处于高地应力状态下，而我国西北地区构造应力条件复杂，均使得巷道围岩在此类环境下受力复杂，巷道围岩易变形，支护困难，研究不同应力条件下的巷道底臌特征，底板变形机理及底臌控制技术有着十分重要的意义。本论文结合山东能源新矿集团华丰煤矿深埋硐室绞车房基础变形和山东临沂矿业集团上海庙矿业公司榆树井煤矿构造应力作用下巷道的底臌问题，根据国内外的研究现状，针对巷道底板加固出现的问题，运用理论分析、数值模拟、现场位移监测与工程实践相结合的研究方法，主要研究成果体现在：
　　(1)分析了深埋巷道底板变形破坏机理：基于塑性力学滑移线理论，推导出竖直应力作用下底板的极限承载力的Prandtl解，分别推导出底板速度场的Prandtl解、Hill解，并基于此两种不同解，分别解释了底臌变形的两种形式。
　　(2)在对比了锚喷支护、锚梁支护、锚注支护和U型钢支撑等巷道支护理念和巷道支护形式的选择原则的基础上，提出了抗滑桩应用于高地应力作用下的深埋巷道的底臌控制技术。
　　(3)研究了构造应力作用下巷道底板变形破坏机理：基于压杆稳定理论，分析了水平荷载作用下的巷道底臌变形；通过 ANSYS数值模拟，分析了相同竖直应力，不同水平应力作用、无支护条件下的巷道开挖后的变形破坏机理。
　　(4)基于弹性地基圆弧梁理论，结合数值模拟，提出了反底拱应用于构造应力作用下的巷道的底臌控制技术。

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1 绪 论

1.1 课题的提出及研究背景

1.2 国内外巷道工程支护研究现状

1.3 几种巷道支护方法及其适用条件

1.4 课题的研究内容和技术路线

2 深埋巷道底臌变形机理研究

2.1 巷道底臌的应力场分析

2.2 巷道底臌的速度场分析

2.3 巷道底臌滑移线场几何尺寸分析

2.4 Prandtl位移场、Hill位移场下巷道底臌变形数值模拟分析

2.5 本章小结

3 抗滑桩在深埋巷道中控制底臌技术的应用

3.1 工程概况

3.2 -1100水平矸石井绞车房基础稳定性控制设计

3.3 高地应力条件下硐室底臌控制ANSYS稳定性分析

3.4 华丰煤矿-1100水平矸石井绞车房底板稳定性监测

3.5 本章小结

4 构造应力作用下的巷道底臌变形机理研究

4.1 构造应力条件下的巷道底臌变形机理分析

4.2 高水平应力巷道底臌的变形数值模拟分析

4.3 本章小结

5 反底拱在构造应力作用巷道中加固底板的研究

5.1 工程概况

5.2 榆树井煤矿地应力分析

5.3 仰拱结构控制巷道底臌中的研究

5.4 仰拱结构受力分析

5.5 高水平应力条件下硐室底臌控制ANSYS稳定性分析

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献