深部巷道耦合支承層力學分析及分層支護控制研究.pdf

1、隨著煤礦進入千米開采階段，如何掌握深部開挖巷道圍巖力學支承結(jié)構(gòu)的承載特性和失穩(wěn)機理，制定合理的圍巖控制技術，越來越受到煤礦企業(yè)的重視。但針對圍巖力學支承層劃分方法、支承層的承載范圍變化規(guī)律、支承層力學承載特性與巷道結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)相互作用關系、支承層穩(wěn)定性影響因素、巷道結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)支護控制方法等深層次問題亟待解決。
　　本論文以深部巷道耦合支承層力學分析及分層支護控制為研究對象，綜合巖石力學試驗、數(shù)值仿真技術、理論研究和巷道模型試驗以及工

2、程實測等研究方法，提出深部巷道圍巖“強-弱-關鍵”耦合支承層劃分方法和參考標準，建立深部開挖巷道圍巖耦合支承層力學模型，掌握耦合支承層的承載范圍形成和演化規(guī)律，對比分析耦合支承層劃分合理性，研究深部巷道“強-弱-關鍵”耦合支承層力學承載特性，探討圍巖耦合支承層穩(wěn)定性與巷道結(jié)構(gòu)性破壞作用關系，分析耦合支承層穩(wěn)定性影響因素，提出巷道耦合支承層穩(wěn)定性分層支護控制方法，研究高水平應力下分層支護巷道支承結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和圍巖結(jié)構(gòu)性破裂發(fā)展特點，最后科學

3、化定量設計巷道結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)分層支護對策。主要進行以下相關研究工作:
　　1)深部巷道“強-弱-關鍵”耦合支承層力學承載機制。針對某千米深部巷道，選擇穩(wěn)定性較差的交叉點硐室展開研究。采用現(xiàn)場取芯和室內(nèi)二次定角度取樣，進行不同方向巖石的力學性質(zhì)實驗。利用單/雙弦式應力計，測試巷道開挖-支護過程中次生應力場演化規(guī)律，提出圍巖“強-弱-關鍵”耦合支承層力學模型劃分方法，分析耦合支承層承載范圍變化特點，基于鉆孔窺視掌握松動圈的形成和演化規(guī)律以

4、及實測圍巖“內(nèi)-主”支承層承載結(jié)構(gòu)特征，判定圍巖耦合支承層劃分的合理性，數(shù)值研究巷道開挖-支護過程中，圍巖耦合支承層的承載特征及其對巷道穩(wěn)定性影響，進而闡明深部巷道耦合支承層的力學承載機制。
　　2)深部巷道“強-弱-關鍵”耦合支承層彈塑性力學理論研究?？紤]圍巖耦合支承層力學模型，推導巷道彈塑性破壞與圍巖耦合支承層之間力學作用方程;考慮深部巖石力學性質(zhì)，選擇合理的巖石本構(gòu)模型;在巷道“開挖-支護”工程背景下，建立開挖卸荷效應圍巖力

5、學模型、“圍巖-支護”耦合力學模型。通過算例分析，研究耦合支承層穩(wěn)定性與巷道破壞之間耦合作用機制，分析圍巖耦合支承層穩(wěn)定性影響因素，闡明巷道結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)機理。耦合支承層穩(wěn)定性研究，包括圍巖次生應力峰值轉(zhuǎn)移、應力集中程度和圍巖強度劣化等。
　　3)深部巷道“強-弱-關鍵”耦合支承層穩(wěn)定性分層支護控制效果。對應理論研究建立當量圓巷道模型，由理論研究提供的裸巷支承層結(jié)構(gòu)特征，設計當量圓巷道分層支護方法。由前文數(shù)值模擬直墻半圓拱裸巷的支承層

6、結(jié)構(gòu)特征，設計相應的分層支護。利用FLAC3D對比模擬裸巷-原支護-分層支護下巷道支承層穩(wěn)定性和圍巖破壞特征，分析分層支護方案的合理性。
　　4)高水平應力下分層支護巷道力學模型試驗。采用巷道力學模型實驗，分別設計當量圓、直墻半圓拱巷道的力學模型。通過自制平面應力模擬實驗臺，實現(xiàn)高水平應力加載，研究高水平應力對裸巷耦合支承層穩(wěn)定性和圍巖結(jié)構(gòu)性破裂發(fā)展的不利影響，根據(jù)裸巷耦合支承層的承載結(jié)構(gòu)設計分層支護，研究分層支護對于限制高水平應