松软煤巷周围煤岩体蠕变失稳及其支护技术研究

摘要

松软煤巷周围煤岩体受围岩应力场、温度场和裂隙场耦合作用，随着时间的推移，会发生不同程度的蠕变变形，若不能得到及时有效支护，其蠕变变形发展到一定程度，将会导致巷道围岩产生冒顶、片帮和底鼓等失稳破坏。因此，探讨松软煤巷周围煤岩体蠕变行为及特性，提出合适的煤岩体蠕变分析模型对于预测出煤岩体蠕变失稳时间及针对性地开展巷道支护技术研究具有重要的理论意义和工程应用价值。
　　本文研究工作主要体现在以下方面：
　　（1）根据煤岩体蠕变理论及巷道蠕变实验结果，通过对几种常用蠕变模型地分析对比，认为改进西原模型是一种较好的模拟不同应力作用下巷道煤岩体蠕变规律的蠕变模型，它不仅可以描述煤岩体的减速蠕变过程和等速蠕变过程，而且可以描述其加速蠕变过程。
　　（2）文中将煤岩体的蠕变失稳准则与改进西原模型相结合，推导给出了松软煤巷煤岩体蠕变失稳的时间预测公式，并据此对其稳定性进行了分析，为巷道煤岩体蠕变失稳的预测提供有效的途径，同时也可为巷道支护最佳时间提供理论依据。
　　（3）收集松软煤巷煤岩体进行了单轴压缩声发射蠕变试验，运用经验模态分解方法对声发射信号的能量和振铃计数进行了分解和分析。分析结果表明，分解后声发射信号主要集中的三个时间段与煤样的减速蠕变阶段、等速蠕变阶段和加速蠕变阶段相对应。
　　（4）根据煤岩体力学性质的各向异性对巷道煤岩体蠕变失稳进行分析，用 UDEC软件分析了巷道煤岩体蠕变失稳特性，根据数值分析结果提出了相应的巷道支护对策。
　　（5）将以上研究结果应用到松软煤巷围岩支护工程中。根据本文所给蠕变失稳预测公式确定的煤巷煤岩体蠕变失稳时间与围岩毛洞失稳时间相吻合。现场结果表明，围岩表面收敛变形均呈现“底鼓值>两帮收敛值>拱顶下沉值”的位移分布规律。

目录

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1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容及其思路

2 巷道煤岩体蠕变特性及其时间效应

2.1 煤岩体蠕变特性

2.2 煤岩体蠕变类型

2.3 巷道煤岩体蠕变失稳时间预测模型

2.4 巷道煤岩体的蠕变模型及其参数优化

2.5 巷道煤岩体失稳准则

2.6 巷道煤岩体蠕变模型稳定性分析

2.7 巷道煤岩体蠕变失稳时间预测

2.8 本章小结

3 巷道煤岩体蠕变特性试验研究

3.1 煤的单轴压缩试验研究

3.2 基于经验模态分析的煤的单轴压缩蠕变试验研究

3.3 本章小结

4 不同孔隙作用下的单轴压缩蠕变试验研究

4.1 实验设备简介

4.2 试验分组

4.3 一级加载条件下的不同裂隙单轴蠕变实验曲线

4.4 分级加载条件下不同裂隙单轴蠕变曲线

4.5 本章小结

5软岩巷道支护技术现场试验研究

5.1 巷道煤岩体力学分析

5.2 节理裂隙对支护影响的数值模拟

5.3 巷道非线性大变形失稳机理分析

5.4 支护对策研究

5.5 现场支护方案及其监测效果分析

5.6 本章小结

6 松软煤巷围岩失稳预测

6.1 工程概况

6.2 蠕变失稳时间预测

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录