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潞安矿区沿空巷道三维锚索支护机理及应用研究

作　者: 肖亚宁
导　师: 钱鸣高；王家臣
学　校: 中国矿业大学（北京）
专　业: 采矿工程
关键词: 沿空巷道围岩三维锚索空间网壳结构预应力支护模拟支护机理
分类号: TD353
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
下　载: 362次
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内容摘要

根据沿空巷道围岩运移特征,提出了新型三维锚索支护技术,通过具有强初锚力三维锚索的作用,使围岩处于三向受压状态,提高围岩整体性,控制巷道围岩的变形。综合运用弹塑性理论和壳体理论等知识,建立了新型三维锚索支护对应的闭合圆柱壳、开口圆柱壳、加劲开口圆柱壳等空间网壳结构力学分析模型,通过多种数学变换和简化得到了加劲开口圆柱壳应力计算的解析式。试验研究了巷道围岩的力学性质和巷帮钻孔卸压效果,特别对不同围压下煤样的力学特性和破坏特征进行了探讨。首次开发了沿空巷道三维锚索支护的相似模拟试验技术,在模型中实现了预应力锚杆和三维锚索支护,分析了三维锚索支护下沿空巷道围岩的运移特征。通过数值计算和现场实践等手段,详细讨论了支护强度、巷道断面尺寸、卸压孔布置方式及工作面采深对巷道顶板、底板、实体煤帮及小煤柱帮岩体的应力和变形分布规律的影响。

全文目录

摘要  5
Abstract  5-6
详细摘要  6-9
ABSTRACT  9-18
1 绪论  18-28
  1.1 研究目的及意义  18-19
  1.2 国内外研究现状  19-24
    1.2.1 沿空掘巷上覆岩层活动规律研究概况  19
    1.2.2 沿空掘巷护巷煤柱研究概况  19-22
    1.2.3 沿空掘巷围岩控制研究概况  22-24
  1.3 研究内容与技术路线  24-26
    1.3.1 研究内容  24-25
    1.3.2 技术路线  25-26
  1.4 论文研究的重点及难点  26
  1.5 预计创新性成果  26-28
2 煤岩物理力学性质研究  28-48
  2.1 地质条件  28
  2.2 岩石基本力学特性  28-31
    2.2.1 岩石单轴压缩试验力学特性  28-29
    2.2.2 岩石拉伸试验力学特性  29-30
    2.2.3 岩石三轴试验力学特性  30-31
  2.3 岩石全应力应变曲线  31-42
    2.3.1 单轴压缩试验岩石全应力应变曲线  31-33
    2.3.2 岩石劈裂试验全应力应变曲线  33-37
    2.3.3 岩石三轴试验全应力应变曲线  37-40
    2.3.4 岩石试验试样破坏形式  40-42
  2.4 煤巷钻孔卸压效果的物理试验  42-46
    2.4.1 试验结果  42-44
    2.4.2 试验结果分析  44-46
  2.5 本章小结  46-48
3 三维锚索支护理论  48-72
  3.1 三维锚索支护原理  48-50
    3.1.1 普通锚杆的支护机理  48-49
    3.1.2 三维锚索支护机理  49-50
  3.2 一般柱形壳的基本方程  50-54
    3.2.1 柱形壳无矩理论的基本方程  50-51
    3.2.2 柱形壳弯矩理论的基本方程及其一般解法  51-54
  3.3 闭合圆柱壳理论  54-59
    3.3.1 无矩薄壳理论求解  55-58
    3.3.2 圆柱壳弯矩理论求解  58-59
  3.4 开口圆柱壳理论  59-61
    3.4.1 无矩薄壳理论求解  59-60
    3.4.2 圆柱壳弯矩理论求解  60-61
  3.5 加劲开口圆柱壳理论  61-69
  3.6 新型三维锚索支护围岩变形算例分析  69-70
  3.7 本章小结  70-72
4 沿空巷道三维锚索支护围岩应力分布规律  72-132
  4.1 数值计算模型  72-76
    4.1.1 三维有限差分计算程序FLAC3D概述  72-73
    4.1.2 模型的设计原则  73
    4.1.3 围岩力学参数的选取  73-74
    4.1.4 数值计算模型建立  74-75
    4.1.5 数值模拟方案  75-76
  4.2 断面尺寸对巷道围岩应力分布影响分析  76-111
  4.3 锚索不同预应力对围岩作用结果分析  111-114
  4.4 钻孔卸压巷道围岩应力分布规律研究  114-124
    4.4.1 卸压孔布置方式设计  115-116
    4.4.2 不同卸压孔布置条件下巷道围岩应力分布特征  116-124
  4.5 不同采深下三维支护沿空巷道围岩应力分布规律研究  124-128
  4.6 三维支护锚杆、锚索受力分析  128-130
  4.7 本章小结  130-132
5 沿空巷道三维锚索支护围岩变形规律  132-176
  5.1 断面尺寸对巷道围岩变形规律影响分析  132-165
  5.2 新型三维支护与普通支护巷道围岩变形特征  165-166
  5.3 钻孔卸压巷道围岩变形规律研究  166-170
    5.3.1 不同卸压孔布置条件下巷道两帮水平位移特征  166-168
    5.3.2 不同卸压孔布置条件下巷道顶底板垂直位移特征  168-170
  5.4 不同采深下三维支护沿空巷道围岩变形规律研究  170-173
  5.5 本章小结  173-176
6 沿空巷道三维锚索支护围岩稳定性控制分析  176-196
  6.1 三维锚索支护模型  176-184
    6.1.1 相似模拟理论  176-177
    6.1.2 生产地质条件  177
    6.1.3 相似模拟试验设计  177-181
    6.1.4 测试方法及测点布置  181-183
    6.1.5 模型加载与试验过程  183-184
  6.2 三维锚索支护围岩应力分布特征  184-189
    6.2.1 巷道底板围岩应力变化特征分析  184-185
    6.2.2 巷道顶板围岩应力变化特征分析  185-186
    6.2.3 巷道两帮围岩应力变化特征分析  186-188
    6.2.4 煤柱上方围岩应力变化特征分析  188-189
  6.3 三维锚索支护围岩变形特征  189-194
    6.3.1 试验巷道及采空区变形特征  189-190
    6.3.2 巷道顶底变形规律分析  190-191
    6.3.3 巷道两帮变形规律分析  191-193
    6.3.4 覆岩结构变形及裂隙发育观测  193-194
  6.4 本章小结  194-196
7 沿空巷道三维锚索支护实践  196-206
  7.1 采矿地质条件  196
  7.2 三维锚索支护设计  196-198
  7.3 新型三维支护方案的实施  198-201
    7.3.1 掘进施工技术及组织管理  198
    7.3.2 试验巷道掘进支护施工工艺  198-201
  7.4 围岩变形规律实测  201-204
    7.4.1 控制效果  202
    7.4.2 实测结果  202-204
  7.5 本章小结  204-206
8 结论与展望  206-210
  8.1 主要结论  206-207
  8.2 论文创新点  207-208
  8.3 展望  208-210
参考文献  210-218
致谢  218-220
作者简介  220-221

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