大斷面六邊形煤巷圍巖變形破壞特征及其穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著我國綜合機械化開采技術(shù)的發(fā)展，厚煤層綜采放項煤、中厚煤層一次采全高等開采方法得到了大面積推廣應(yīng)用。隨著采高的增大，為減少回采巷道上部的煤損，滿足安裝大型采掘運輸設(shè)備和鋪設(shè)風(fēng)水管線的要求，滿足正常生產(chǎn)、運輸、通風(fēng)及行人安全的規(guī)定，必然要求回采巷道斷面隨之擴大，但是，巷道斷面增大會顯著增加圍巖的不穩(wěn)定性，若支護不利，就會出現(xiàn)巷道失穩(wěn)。與此同時，當前關(guān)于巷道穩(wěn)定性的研究主要集中在圍巖應(yīng)力和支護方式的選擇上，但一直沒能有效地改變巷道變形量大

2、、支護困難的現(xiàn)狀。因此，需要轉(zhuǎn)變思路，從巷道斷面形狀與圍巖穩(wěn)定性關(guān)系方面著手研究，找到一種能符合特定圍巖狀態(tài)的巷道斷面形態(tài)。
　　鑒于上述現(xiàn)實，本文首先分析了我國發(fā)展大斷面煤巷的必要性、基本特點、現(xiàn)狀和存在的問題，全面地總結(jié)了研究巷道圍巖穩(wěn)定性的分析方法及評價手段，詳細地闡述了巷斷面形狀對圍巖穩(wěn)定性影響的研究現(xiàn)狀，提出了有利于增強圍巖自穩(wěn)能力的六邊形巷道，并采用相似材料模擬、數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法對其穩(wěn)定性進行了研究，所做

3、的主要研究工作如下:
　　1.通過自主研制的大尺度平面地下工程模擬試驗系統(tǒng)，完成了對模型的大范圍觀測，實現(xiàn)了對模型的雙向高噸位加載，解決了同類設(shè)備加載強度偏低的技術(shù)難題，并對大斷面煤巷開展了“先加載，后開挖”的相似材料模擬試驗，獲得了理想的試驗數(shù)據(jù)。
　　2.通過相似材料模擬試驗，分析了六邊形巷道表面收斂率與側(cè)壓力系數(shù)的關(guān)系，研究了巷道項板位移隨距巷中心線距離變化的規(guī)律，以及巷幫位移隨距幫距離變化的規(guī)律，分析了六邊形巷道開挖

4、后圍巖的應(yīng)力分布規(guī)律，揭示了巷道圍巖在不同埋深下的破壞演化特征，發(fā)現(xiàn)隨埋深增加，頂板裂隙范圍逐步擴大，由環(huán)形裂隙圈變?yōu)榱严毒W(wǎng)，巷幫裂隙逐步貫通且延伸至項板，幫由原來的折邊形變成弧形。
　　3.對六邊形巷道與矩形巷道的試驗結(jié)果進行比較，揭示了這兩類巷道的圍巖位移量之比與埋深的關(guān)系，分析了不同地應(yīng)力狀態(tài)下兩類巷道圍巖的裂隙特征和破壞差異，分析了兩類巷道圍巖關(guān)鍵部位應(yīng)力分布的不同特點，從而證實了六邊形巷道圍巖的變形及破壞程度小、圍巖的應(yīng)

5、力集中系數(shù)小，其折邊巷幫對抵御變形破壞效果明顯。
　　4.通過數(shù)值試驗，分別研究了巷寬B、巷高寬比K、巷幫傾角α、巷埋深H及側(cè)壓力系數(shù)λ這5個因素對六邊形巷道穩(wěn)定性的影響規(guī)律，并通過綜合比較，得出了最優(yōu)六邊形巷道斷面幾何參數(shù)。利用多元線性回歸擬合得到了5因素與圍巖應(yīng)力、位移及塑性區(qū)分布的關(guān)系表達式:Ei=a0+a1B+a2K+a3α+a4H+a5λ，定量地揭示了5因素共同作用下六邊形巷道圍巖穩(wěn)定性規(guī)律。
　　5.在最優(yōu)六邊形