深部顶板破碎巷道变形破坏规律及锚杆支护适应性研究

摘要

随着煤矿采深不断增加，巷道所处的应力和地质环境变得更加复杂，尤其是遇到地质构造带，巷道顶板常表现出破碎特征，传统锚杆支护方法难以确保巷道围岩稳定。本文采用理论分析、数值模拟、室内实验及现场监测的综合研究方法，分析了深部顶板破碎巷道围岩稳定性影响因素，探讨了深部顶板破碎巷道特征并提出了巷道顶板破碎程度评价方法，研究了围岩破碎程度与锚杆支护有效性关系，并进行了深部顶板破碎巷道稳定性控制现场实验及应用，取得了如下主要研究成果：
　　（1）通过理论分析研究了顶板破碎巷道围岩稳定性影响因素，采用数值计算模拟了地应力、顶板岩层强度以及顶板节理性质等因素对巷道裂隙演化规律的影响。结果表明，顶板裂隙发育状况主要依赖于裂隙自身的力学参数，顶板节理强度越低，裂隙发育密度越大；顶板岩层强度对塑性区的扩展范围影响十分显著。
　　（2）通过对钻孔结构面特征影像资料对比分析，将单位长度钻孔图像上的裂隙综合宽度作为评价围岩破碎程度的综合指标，提出巷道顶板破碎程度评价方法，并应用于现场巷道顶板破碎程度分析。结果发现，巷道顶板表面裂隙发育程度高，锚杆末端及顶煤与上部直接顶岩层交界处的结构面容易出现裂隙、离层。
　　（3）通过相似材料模拟实验发现，锚杆的锚固作用在破碎围岩中不能得到充分发挥，锚杆对破碎围岩支护适应性降低。在破碎程度较高的巷道围岩条件下，锚杆的支护效果不佳，需要采取其他辅助支护措施，形成联合协调支护形式，对顶板破碎巷道围岩进行有效控制。
　　（4）对顶板破碎程度较高的巷道，浅部破碎顶板利用高强锚杆加固形成挤压加固承载结构，对深部巷道顶板采用“长锚索+短锚索”的布置方式来提高破碎围岩整体承载能力和浅部破碎顶板控制效果，对巷道表面破碎围岩采用金属网、钢筋梁等加强表面支护措施相结合的方式，提高了围岩的整体性和围岩强度，可以有效控制围岩的变形和维护围岩结构的稳定。

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摘要

Abstract

Contents

1? 绪 论

1.2.1? 深部顶板破碎巷道变形破坏规律研究

1.2.2? 深部顶板破碎巷道锚杆支护机理研究

1.3? 存在的主要问题

1.4.2? 研究方法和技术路线

2? 深部顶板破碎巷道围岩稳定性影响因素分析

2.1.4? 地应力

2.2? 巷道围岩弹塑性力学分析

2.3? 深部顶板破碎巷道围岩变形破坏影响因素分析

2.3.1? UDEC数值计算模型建立

2.3.2? 地应力对巷道稳定性的影响

2.3.3? 顶板岩层强度对巷道稳定性的影响

2.3.4? 顶板节理性质对巷道稳定性的影响

2.4? 本章小结

3? 深部顶板破碎巷道特征与破碎程度评价

3.2? 巷道顶板钻孔探测

3.2.2? 现场探测结果

3.3? 深部顶板破碎巷道的变形特征

3.4? 巷道顶板破碎程度评价方法

3.4.1? 煤岩体结构面特征及类型

3.4.2? 破碎程度评价方法

3.4.3? 实例分析

3.5? 本章小结

4? 围岩破碎程度与锚杆支护适应性关系实验研究

4.2? 加锚方案

4.3? 单轴压缩实验

4.4? 实验结果分析

4.4.1? 单轴压缩应力应变曲线分析

4.4.2? 单轴压缩破坏特征分析

4.4.3? 试件强度特征分析

4.5? 本章小结

5? 深部顶板破碎巷道稳定性控制实践研究

5.1.2? 原支护状况分析

5.2? 深部顶板破碎巷道围岩控制方案

5.2.2? 支护参数

5.3? 矿压观测及支护效果分析

5.3.1? 顶板离层、两帮内部位移监测

5.3.2? 巷道表面位移监测分析

5.3.3? 锚杆、锚索受力监测

5.4? 本章小结

6? 结论与展望

6.2? 创新点

6.3? 不足与展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间主要成果和获奖情况