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软岩巷道让压壳—网壳耦合支护机理与技术研究

作　者: 李冲
导　师: 徐金海
学　校: 中国矿业大学
专　业: 采矿工程
关键词: 高应力泥化软岩巷道让压壳网壳蠕变模型二次支护支护强度
分类号: TD353
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

软岩巷道支护问题至今没有完全解决，特别是高应力泥化软岩巷道支护难度大，往往需要返修多次才能控制巷道长期稳定，严重影响生产安全和浪费大量巷修费用，软岩巷道稳定性控制已成为煤矿亟待解决的重大技术难题。本文以曲江矿850m东皮带大巷（高应力泥化软岩巷道）为工程背景，围绕高应力泥化软岩巷道稳定性控制问题，综合运用数值模拟、理论分析、实验室试验、现场监测和工业性试验等方法，对软岩巷道让压壳网壳耦合支护机理与技术进行系统研究，取得了如下主要创新成果：（1）进行了泥质粉砂岩三轴蠕变试验，建立了泥质粉砂岩蠕变全过程的粘弹塑性蠕变模型，并推导出该蠕变模型的本构方程；采用FLAC3D软件，分析并得到了高应力泥化软岩巷道流变规律以及塑性区分布规律。（2）提出了让压壳的概念，给出了让压壳的构筑条件、支护作用特点、支护内涵，并推导出让压壳厚度的计算式，分析了软岩巷道让压壳支护强度，确定了东皮带大巷让压壳支护强度与厚度。（3）建立了全长锚固预应力锚杆支护力学模型，系统研究了短细密锚杆支护作用机理，推导出锚杆轴应力和剪应力计算式；推导出围岩沿锚杆轴向、径向和环向的应力计算式，分析并得到了预紧力、锚杆长度、直径与锚杆轴应力和剪应力的关系；分析并得到了锚杆长度与预紧力对围岩应力的影响规律；采用FLAC软件，分析并得到了锚杆长度与支护密度对软岩巷道围岩变形的影响规律。（4）提出了让压壳网壳耦合支护技术，分析了让压壳网壳耦合支护原理，提出了“限压让压、让压抗压、限让适度、让抗协调”的二次支护原则，给出了让压壳网壳耦合支护技术关键与控制方法；推导出软岩巷道预留让压空间的计算式，并确定了东皮带大巷预留让压空间大小为38cm。（5）将高应力泥化软岩巷道围岩划分为让压壳（在破裂区内）、破裂区、塑性区及弹性区，基于粘弹塑性理论，考虑围岩蠕变与扩容，推导出塑性区半径、破裂区半径以及让压壳半径的计算式及各分区应力表达式，分析了让压壳变形以及变形过程中能量释放，确定了东皮带大巷让压壳网壳耦合支护强度与时机。（6）依据软岩巷道让压壳网壳耦合支护理论与技术，确定了曲江矿850m东皮带大巷围岩控制方案与参数，并进行了工业性试验。现场应用表明，采用“合理断面形状及尺寸+卸压控顶施工技术与工艺+让压壳+预留让压空间+锚索补强+网壳衬砌支架”的施工技术和支护方式较好地控制了850m东皮带大巷围岩有害变形，确保东皮带大巷长期安全稳定。

软岩巷道让压壳—网壳耦合支护机理与技术研究

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