构造应力与采动应力作用下巷道底鼓控制

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针对底板软岩巷道在采动应力和构造应力共同作用下底鼓严重的特征,以鹤壁十矿-250并列回风上山巷道底板支护为工程背景,采用现场监测、理论分析、数值模拟、相似模拟和井下试验相结合的方法开展了研究。对底板软岩巷道底鼓原因进行了分析,得出巷道底板岩层软弱、采动应力和构造应力是巷道底鼓的主要原因。建立平底结构和曲底结构巷道底板力学模型,运用力学知识研究分析不同底板结构对底鼓的影响,得出曲底底板结构能充分利用底板围岩耐压性,发挥其自承能力,避免了围岩被拉伸破坏。运用数值模拟分析不同底板结构和不同支护方式对巷道底鼓控制效果,通过对比得出曲底注浆砌碹支护和底板注浆全断面金属支架封闭支护两种有效的底板支护方案。通过相似模拟试验,对比分析曲底注浆砌碹支护和底板注浆全断面金属支架封闭支护的支护效果,发现两帮支护的U型钢和曲底砌碹体的结合处是支护的薄弱点,采用底板注浆全断面金属支架封闭支护时可以整体提高金属支架的支护强度,通过现场试验发现,采用底板注浆全断面金属支架支护可以有效控制巷道底鼓,并且金属支架支护施工工艺简单,施工速度快,经济效益显著,这种支护方案对于受采动应力和构造应力影响严重的底板软岩巷道的底鼓治理有一定的借鉴作用。
致谢第4-5页
摘要第5-6页
ABSTRACT第6页
1 绪论第10-16页
    1.1 课题来源与选题依据第10页
        1.1.1 课题来源第10页
        1.1.2 选题依据第10页
    1.2 国内外研究现状第10-13页
        1.2.1 巷道底鼓机理的研究现状第10-11页
        1.2.2 巷道底鼓的控制第11-13页
    1.3 本文研究内容第13页
    1.4 研究方法和技术路线第13-14页
    1.5 本章小结第14-16页
2 -250并列回风上山地质特性及巷道破坏分析第16-24页
    2.1 矿井及-250并列回风上山巷道地质情况第16-18页
        2.1.1 矿井地质概况第16页
        2.1.2 -250并列回风上山巷道地质情况第16-18页
    2.2 巷道变形破坏特征第18页
        2.2.1 巷道初始支护第18页
        2.2.2 巷道底鼓特征第18页
    2.3 -250并列回风上山巷道底鼓原因分析第18-22页
        2.3.1 构造应力第18-19页
        2.3.2 采动应力第19页
        2.3.3 围岩性质第19-20页
        2.3.4 水理作用第20-21页
        2.3.5 支护方式与支护技术第21页
        2.3.6 巷道底板围岩结构第21-22页
    2.4 本章小结第22-24页
3 巷道底鼓控制理论计算第24-36页
    3.1 底板受力状态分析第24-26页
    3.2 平底结构巷道底板第26-31页
    3.3 曲底结构巷道底板第31-35页
    3.4 本章小结第35-36页
4 试验巷道底鼓数值模拟第36-50页
    4.1 数值模拟软件介绍第36页
        4.1.1 ANSYS简介第36页
        4.1.2 FLAC3D简介第36页
    4.2 确立数值模拟方案第36-37页
        4.2.1 基本设计原则第36-37页
        4.2.2 基本假设条件第37页
        4.2.3 确立模拟方案第37页
    4.3 试验巷道数值模拟说明第37-39页
        4.3.1 建立模型第37-38页
        4.3.2 确定力学参数第38-39页
    4.4 数值模拟结果分析第39-49页
    4.5 本章小结第49-50页
5 试验巷道底鼓相似模拟第50-76页
    5.1 相似模拟实验过程第50-58页
        5.1.1 确定相似常数第50-51页
        5.1.2 加载方案第51-52页
        5.1.3 材料配比第52页
        5.1.4 支护模拟第52-54页
        5.1.5 实验加载装置第54页
        5.1.6 应力测量第54-55页
        5.1.7 位移测量第55-56页
        5.1.8 应力测点布置第56页
        5.1.9 位移测点布置第56-58页
    5.2 巷道围岩变形破坏特征分析第58-74页
        5.2.1 底板注浆全断面金属支架封闭支护方案巷道围岩应力分析第58-60页
        5.2.2 曲底注浆砌碹方案巷道围岩应力分析第60-62页
        5.2.3 底板注浆全断面金属支架封闭支护方案巷道围岩位移分析第62-66页
        5.2.4 曲底注浆砌碹方案巷道围岩位移分析第66-69页
        5.2.5 曲底注浆砌碹方案底板围岩变形特征分析第69-72页
        5.2.6 底板注浆全断面金属支架封闭支护方案底板变形特征分析第72-74页
    5.3 本章小结第74-76页
6 现场工业试验第76-80页
    6.1 底板注浆全断面金属支架支护参数确定第76-77页
    6.2 巷道围岩变形数据观测及分析第77-79页
    6.3 本章小结第79-80页
7 结论与展望第80-82页
    7.1 主要结论第80页
    7.2 研究展望第80-82页
参考文献第82-88页
作者简历第88-90页
学位论文数据集第90页
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