深井软岩巷道底板下向加固钻孔孔壁稳定性研究项目摘要

随着开采深度的增加，巷道矿压显现由帮顶逐渐转变为全断面来压，锚杆（索）和注浆加固是治理底鼓的技术方向，底板下向成孔稳定性及成孔质量是实施底板加固的前提条件。本课题针对深井软岩巷道底板下向加固钻孔孔壁稳定性问题展开研究，通过分析确定成孔过程中影响孔壁稳定性的主控因素，结合对孔壁稳定性可测显性因素的量化描述，建立各因素影响程度的特征指标，并作出各影响因素对孔壁稳定的敏感性判断，揭示下向孔孔壁多因素耦合失稳机理；利用圆柱孔扩张理论结合弹塑性力学对下向孔孔壁岩体进行弹塑性力学分析，结合典型下向孔钻进方式分析成孔过程中孔周应力场演化规律，建立考虑主控因素的深井软岩巷道下向孔孔壁稳定性模型；并通过分形维数、损伤变量、孔壁表面粗糙度等量化反映下向孔的成孔质量，进而分析其对岩锚承载强度的影响规律，为合理实施下向孔加固底板提供理论指导。

本项目以深井煤与瓦斯共采工程为背景，采用实验室试验、理论分析和数值模拟等手段研究软岩采动钻孔失稳破坏及稳定控制规律。首先以钻孔围岩小环境为研究对象，分析了钻孔挤压和剪切变形破坏机理，提出了相应的失稳判据；再以采动围岩大环境为研究对象，研究了留巷侧向顶板层间剪切滑移及采动应力分布特征，并结合前面提出的钻孔破坏判据，得出了钻孔破坏的时空演化规律，总结形成了钻孔稳定控制原理，提出了针对性的钻孔稳定控制技术，开展了系统的工程测试和应用研究，有关技术保证了抽采钻孔稳定性，钻孔抽采效率显著改善。培养博士研究生3名，发表EI/SCI论文8篇，授权发明专利8项，省部级科技进步奖2项。 2100433B

深井软岩巷道持续损伤破坏是我国东部矿区巷道支护面临的主要问题之一，目前仍沿用浅部巷道支护方法，部分巷道经数次返修仍持续变形，威胁安全生产，亟需进行高应力下已损伤软岩的时效损伤和支护结构支护机理研究，为巷道支护设计提供理论支撑。首先，进行损伤状态可控的煤岩流变损伤耦合试验，揭示煤岩损伤与其流变相互作用规律，建立能反映煤岩流变损伤耦合特征的本构模型及数值分析方法；其次，改进钻孔弹模仪，对巷道围岩在开挖和开采扰动下的损伤演化进行现场测试，结合钻孔声波仪和钻孔成像系统对围岩内部裂隙发育情况的探测结果和理论模型分析结果，揭示围岩损伤时效演化机理；同时，利用自行研制的锚杆无损检测仪和应变传感器等检测锚杆(索)和U型钢支架等支护结构的受力变化，依此分析围岩损伤演化和不同支护结构响应特征的相互关系；最后，通过数值分析研究不同支护条件下深井软岩巷道开挖瞬时及长期稳定性，根据巷道服务年限提出支护方案和参数。

内容介绍

深井与软岩巷道二次支护原理及控制技术，ISBN：9787502033835，作者：李大伟

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《急倾斜软岩偏压巷道变形机理及支护稳定性研究》结合煤矿深部急倾斜地层特殊地质条件下巷道开采和支护中的技术难点，通过室内试验、现场试验、现场监测、数值仿真与反馈分析等方法对急倾斜地层巷道围岩的力学特性、参数反演、巷道开挖变形破坏机理、巷道锚固机理及巷道的支护参数优化等开展了一系列的深入细致的研究工作。强调理论和实践相结合，将研究成果应用于实际工程，同时兼顾国内外在该领域的新研究现状与研究成果，使读者能对该领域的研究进展有比较全面的了解。

《急倾斜软岩偏压巷道变形机理及支护稳定性研究》将理论分析与工程应用紧密结合，所提出的理论研究成果在工程中得到了应用和验证，具有广泛的工程应用价值。《急倾斜软岩偏压巷道变形机理及支护稳定性研究》适合于矿山能源、交通、水利水电等行业从事地下工程相关研究的科研人员参考使用，也可作为高等院校和科研单位相关专业的教师、科研人员和研究生的参考用书。