深埋巷道底鼓机理及其锚固技术研究

1 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容、方法与技术线路

2 深埋巷道围岩地质力学测试及稳定性数值模拟分析

2．1 深埋巷道围岩地质力学测试

2．2 地应力环境下巷道底板围岩稳定性数值模拟分析

2．3 本章小结

3 三向地应力环境下巷道底板围岩弹塑性力学解析与稳定性分析

3．1 三向地应力作用下巷道围岩弹性区应力解析

3．2 三向地应力作用下巷道围岩塑性破碎区范围与应力解析

3．3 巷道底板围岩稳定性算例分析

3．4 常村矿S6采区1号回风上山底板围岩塑性破坏范围与应力解析

3．5 本章小结

4 深埋锚杆控制巷道底鼓的力学解析与底鼓影响因素分析

4．1 锚杆控制巷道底鼓的力学解析

4．2 巷道底鼓主要影响因素算例分析

4．3 本章小结

5 深埋巷道底鼓特性相似模拟试验研究

5．1 相似模拟理论

5．2 试验装置

5．3 相似模拟试验方案设计

5．4 巷道无支护下底板围岩应力分布特征

5．5 巷道无支护下底板围岩变形破坏特征分析

5．6 巷道采取底锚措施后底板围岩应力分布特征

5．7 巷道采取底锚措施后底板围岩变形破坏特征分析

5．8 本章小结

6 深埋锚杆-混凝土反拱组合结构底鼓控制力学解析及其稳定性分析

6．1 锚杆-混凝土反拱组合结构底鼓治理技术方案

6．2 锚杆-混凝土反拱组合结构底鼓控制力学模型的建立与力学解析

6．3 锚杆-混凝土反拱组合结构稳定性分析及其力学判据

6．4 本章小结

7 深埋巷道底鼓控制工程应用

7．1 常村矿S6采区1号回风上山围岩控制与底鼓治理对策

7．2 常村矿S6采区1号回风上山围岩控制与底鼓治理支护方案设计

7．3 锚杆-混凝土反拱组合结构稳定性判别

7．4 支护方案数值模拟分析

7．5 常村矿S6采区1号回风上山围岩-底鼓变形监测与评价

7．6 本章小结

8 结论与展望

8．1 主要结论

8．2 不足与展望

参考文献2100433B

《深埋巷道底鼓机理及其锚固技术研究》结合常村矿S6采区1号回风上山围岩条件，采用现场测试和数值模拟方法获得了煤层围岩的地应力、围岩强度和围岩结构特征，分析了地应力环境下巷道底板围岩的稳定性，运用广义平面应变问题和统一强度理论对处于三向地应力环境下的巷道围岩进行弹塑性破坏力学解析，研究了锚杆和锚杆-混凝土反拱组合结构控制底鼓的力学机理。通过相似模拟试验，分析在无支护和采取底锚措施后巷道底板围岩应力分布和变形破坏特征，提出了底鼓控制措施，并进行了现场工业性试验。

《深埋巷道底鼓机理及其锚固技术研究》可供从事采矿工程的研究人员及工程技术人员使用。

《深井高应力巷道底鼓机理及预应力锚固技术》以新汶矿区为工程背景，对深井高应力巷道围岩大变形进行了区域划分，建立了各分区的岩体结构力学模型，推导出各分区结构岩体变形公式和破坏判据。主要内容包括：力学测试及变形规律监测，巷道底鼓发生的机理、控制原理与控制技术，预应力锚索注浆封孔原理及封孔方法，锚固孔成孔技术及装备，井下工业性试验等。

《深井高应力巷道底鼓机理及预应力锚固技术》可供煤炭行业地质从业人员及相关科研人员学习借鉴，也可供高等院校相关专业师生参考。

煤矿开采的一个关键问题是巷道围岩稳定性控制，且锚网索锚固已成为主导的控制方式。然而，由于对锚固机理及技术的研究和应用还存在不足，一方面带来锚固系统子系统内部因素之间的协同作用不足，导致子系统功能得不到强化；另一方面造成子系统之间的协同作用不足，导致锚固系统没有产生应有的协同效应，从而带来整体锚固效能不足。 　　本项目以煤矿巷道工程为研究对象，将协同学原理应用于巷道围岩稳定性控制。首先，通过分析巷道围岩位移与锚固系统控制变量和状态参量的相互关系，提出以位移作为锚固系统的序参量，以此建立锚固系统的力学模型。其次，通过理论分析、模型试验、数值模拟和工程实践等多种方法，多层面、多角度研究锚固系统协同作用和协同效应。提出协同增量、协同指数的概念和计算方法，分别作为协同作用、协同效应程度的评价指标。建立预紧力协同、结构协同、变形协同、锚固时机协同等协同锚固机制，获得不同作用机制的实现方式。建立包括高预紧力技术、高锚固技术、锚固岩体高强度技术等协同锚固技术体系，实现协同锚固机理与技术应用一体化研究。 　　研究表明，锚杆（索）预紧力、布置密度、杆体长度、钻装角度等锚固变量之间存在协同关系，且可以通过调整和优化锚固变量参数来进行满足，促使锚固系统产生协同作用和协同效应，从而带来系统功能在宏观整体上大于各子系统功能之简单总和，即产生“1＋1＞2”的协同效应。协同锚固设计使巷道变形、围岩应力分布、锚杆（索）受力等更加均匀协调，有效提高锚固岩体的整体强度和刚度，从而显著地提高其承载能力和抗变形能力。通过现场实践，有效地解决了巷道围岩稳定性控制所遇到的许多问题和难题，取得了显著的社会经济效益，从而使项目研究更加具有实际价值和深远意义。 2100433B

本项目以千米埋深高应力巷道锚固围岩破坏失稳为背景，以远离平衡态非线性理论为指导，采用三维大比尺锚固体与透明岩体模拟试验的新方法，紧紧围绕深部巷道围岩变形破裂演化与锚杆支护相互作用机理这一关键科学问题开展研究。通过现场采用原位光纤实时监测巷道围岩的锚杆力学性能，以及原位钻孔剪切强度仪持续实测围岩锚固岩体强度参数的变化规律，获得其锚固体应力场与位移场的演化规律，分析巷道锚固支护组合拱厚度的形成条件和规律；进而，借鉴透明土的实验方法，研究建立透明岩体试验新技术，解决目前岩体内部变形与破裂无法直接观测的难题，并结合多组三维大比尺锚固体试验揭示锚杆支护与破裂岩体相互作用力学行为的内在机理，获得锚固体组合拱支护结构厚度与强度演化的特征，提出建立高应力下巷道围岩稳定的安全判据与关键控制技术，为巷道合理锚固支护结构的研发提供理论基础。