深部回采巷道围岩变形与锚固体耦合作用研究

摘要

对于煤炭资源来说，在浅部适宜开采的储量正在逐渐减少，因此向深部发展已经成为大多数煤炭企业保证持续生产的必然选择。在深部开采条件下回采巷道的稳定性较浅部发生了较大变化，巷道易于破碎、难以维护且变形量大的特点显现的更为突出。同时，在深部开采条件下，巷道围岩所受的构造应力和自重应力都显著提高，增加了支护体支护的难度。不仅如此，深部巷道围岩还面临着“三高一扰动”即高地压、高地应力、高地温和强烈的开采扰动所带来的复杂地质环境。传统的巷道支护方式已经不能适应深部回采巷道，而新兴的“锚网索”联合支护方法又缺乏在深部开采环境下相关的理论研究。
　　本文首先利用弹塑性力学的相关知识对深部回采巷道围岩的破坏机理进行了理论研究，得到巷道变形破坏主要受破碎区围岩厚度的影响，锚杆支护时通过增强锚固体弹性模量和减弱泊松比来提高锚固体的刚度，实现锚固体和围岩变形在刚度上的耦合;锚索支护时充分发挥它的悬吊作用，利用锚索自身较强的抗拉强度增加锚固体的整体稳定性，使得锚固体与围岩变形在结构方面达到耦合从而控制围岩变形;利用有限差分软件FLAC3D模拟了锚杆、锚索在不同长度和间排距下的支护效果，得到相关的塑性区图、应力云图和垂直应力云图，分析模拟结果得到锚杆、锚索耦合支护时的长度、间排距和锚索布置方案，最终实现深部回采巷道围岩变形与锚固体在刚度和结构上的耦合，从而控制围岩变形。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出

1．2 课题研究的背景和意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 深部回采巷道支护理论研究现状

1．3．2 深部回采巷道支护技术研究现状

1．3．3 耦合支护中存在的不足之处

1．4 主要研究内容及技术路线

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 技术路线

1．5 小结

2 深部回采巷道变形破坏特征

2．1 深部回采巷道围岩受力特征

2．1．1 围岩力学模型

2．1．2 弹塑性理论分析

2．2 岩石在深部条件下的力学特征

2．2．1 深部条件下岩石的力学特性

2．2．2 深部开采围岩力学环境

2．3 煤矿巷道在深部条件下破坏形式及危害

2．4 锚网索支护巷道的影响因素

2．5 小结

3 深部回采巷道耦合支护分析

3．1 试验背景

3．1．1 工作面地质概况

3．1．2 试验巷道概况

3．1．3 现场观测分析

3．2 巷道支护促使围岩稳定作用分析

3．2．1 耦合支护机制概述

3．2．2 巷道支护模型的建立

3．3 锚杆支护分析

3．4 锚索支护分析

3．5 本章小结

4 深部回采巷道支护参数优化研究

4．1 锚杆支护参数优化研究及结果分析

4．2 锚索支护参数优化研究及结果分析

4．2．1 锚索布置方式作用规律数值模拟分析

4．2．2 锚索长度作用规律数值模拟分析

4．3 深部回采巷道耦合支护方案确定

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 主要研究结论

5．2 进一步工作展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果