弱胶结软岩巷道流变特性分析及支护优化研究

摘要

弱胶结易风化软岩巷道围岩稳定问题是伴随着西部煤炭开采而产生的一个新问题。这类岩体抗压强度较低、易风化、弱胶结、具有明显的流变特性，蠕变变形量较大，常造成支护的失稳和破坏，这是西部煤炭开采所共同面临和亟待解决的问题之一。
　　在分析煤矿巷道围岩的稳定性时，要考虑巷道赋存底层原岩应力水平、岩石自身物理力学性质和时间因素。内蒙古鲁新煤矿地应力测试结果表明该区域最大主应力为水平应力，最大水平应力是最小水平应力的1.34～2.57倍，水平应力对巷道的影响具有明显的方向性。通过现场取样，对以泥岩、砂质泥岩为主的试件进行了一系列蠕变试验，试验结果表明泥岩的蠕变具有明显的非线性特征。根据试验数据建立了适用于该类软岩的非线性蠕变方程，为分析时间因素对该类软岩巷道变形的影响提供了研究基础。
　　根据上述非线性蠕变方程，分析了圆形巷道围岩应力的解析解和数值解。并通过数值模拟软件对鲁新煤矿不同支护形式下的软岩巷道进行变形分析，结果表明锚杆支护对围岩第一阶段变形控制作用较好，但U型钢支架+混凝土喷层的长期支护效果远胜于锚杆支护。通过对锚网喷+U型钢支架复合支护的巷道变形分析，得出了合理的二次支护时间和空间范围。
　　运用流变力学理论对弱胶结软岩巷道变形破坏特征进行了详细分析，提出了“刚柔优化、时空控制、快速封闭、减少扰动”等一系列针对弱胶结软岩巷道的支护新理念，并运用上述支护理念对内蒙古鲁新煤矿进行支护系统优化，成功杜绝了巷道冒顶事故的发生，有效缓解了巷道变形过大，后期支护普遍失效等问题。

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1 绪 论

1.1课题的研究背景和研究意义

1.2国内外研究现状

1.3 研究思路及内容

1.4 研究方法和创新点

2 弱胶结软岩物理力学性质研究

2.1 弱胶结软岩物理、水理性质

2.2 弱胶结软岩基本力学性质

2.3 小结

3 弱胶结软岩流变力学模型研究

3.1 基本元件

3.2 线性粘弹性流变模型

3.3 小结

4 弱胶结软岩巷道围岩压力理论研究

4.1地应力测试

4.2 粘弹性介质中圆形巷道结构的解析解

4.3 粘弹性介质中巷道结构的数值解

4.4 小结

5 弱胶结软岩巷道变形控制技术研究

5.1弱胶结软岩巷道变形特征

5.2弱胶结软岩巷道合理支护形式探讨

5.3小结

6 结论与展望

6.1 结 论

6.2 展 望

致谢

攻读硕士期间的主要成果

参考文献