论文摘要
破碎围岩条件下大断面巷道开挖(或扰动)必然形成大范围采空区(或开采扰动区),该区域内围岩介质的变形与失稳行为及过程很复杂,主要涉及到开采扰动区范围内围岩力学性态及强度劣化特征、顶部岩层非稳态下沉变形(突变)引起岩层移动及水平挤压变形耦合作用诱发动力学失稳、深层围岩离层演化至局部化冒落失稳等,且其变形从微尺度演化为大尺度(寸)过程具有复杂的非线性特征,这为工程失稳及灾害防治带来挑战。神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿位于西部强震区域并处于宁东矿区碎石井勘探区,岩体节理与裂隙非常发育,主采的2#煤层及顶底板岩层松软破碎,开挖断面最大达20.4m~2,多次发生冒落失稳现象(最大冒落体积216m~3),严重制约了矿井的安全生产,加剧了采掘接续紧张,该问题亟需解决。本研究在综合分析区域地质特征、岩体空间变异性特征、开采技术条件和支护模式的基础上,首先进行了现场工程动力失稳调查采样,通过岩石力学实验得出煤岩的力学特性参数;结合室内物理相似模拟和数值模拟试验获得了岩层移动规律;现场采用声发射(AE)、钻孔窥视、松动圈等围岩损伤与变形的多元信息监测手段,结合表面变形与深部离层规律综合监测与锚杆(索)力学性态试验及测试,深入系统地分析复杂地质条件下松软破碎围岩局部化变形与演化失稳特征和规律;最终确定了巷道的支护形式与参数,确保了巷道安全与稳定,这对破碎围岩条件下煤矿安全开采具有重要意义。
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摘要ABSTRACT1 绪论1.1 选题背景及研究意义1.1.1 论文选题的背景1.1.2 论文选题的意义1.2 国内外研究的现状1.2.1 破碎围岩条件下巷道变形研究现状1.2.2 巷道围岩控制及支护理论研究现状1.3 课题研究的基本内容与方法1.4 本课题拟采取的研究方案，技术路线1.4.1 研究方案1.4.2 技术路线2 矿区概况及区域综合地质特征2.1 矿区概况2.2 矿井区域综合地质特征2.3 开采技术条件2.4 本章小结3 基于声发射（AE）的煤岩力学性质实验及综合分析3.1 煤岩力学性质试验研究3.1.1 试样的采集与制备3.1.2 力学性质实验研究3.2 声发射实验原理及参数设置3.2.1 声发射实验原理3.2.2 声发射实验参数设置3.3 声发射实验过程及数据分析3.3.1 抗压实验下煤样的声发射特性3.3.2 抗拉实验下煤样的声发射特性3.3.3 抗剪实验下煤样的声发射特性3.4 本章小结4 大断面巷道围岩运动规律相似模拟实验研究4.1 相似材料模拟实验4.2 模型参数与材料配比4.3 相似模拟实验设计布置4.3.1 覆岩移动测点布置4.3.2 模型观测内容4.3.3 模拟实验回采工艺4.4 实验过程及分析4.4.1 顶板垮落及来压分析4.4.2 覆岩运动及变形规律4.5 基于声发射的煤柱局部化变形特征分析4.6 本章小结5 大断面巷道围岩运动与变形特征的数值分析5.1 引言5.2 工程地质特征5.2.1 区域地质与构造特征5.2.2 岩体的空间变异性特征5.2.3 地下水渗流特征5.3 数值计算模型及支护设计5.3.1 计算力学与结构模型3D'>5.3.2 非线性有限差分计算程序－FLAC3D5.3.3 数值模型建立5.3.4 支护模式的确定5.3.5 计算参数的选择5.4 数值模拟结果对比分析5.4.1 最大主应力分布特征与围岩变形规律5.4.2 最小应力与位移场分布特征及规律5.4.3 数值模拟与监测对比5.5 本章小结6 破碎围岩条件下大断面巷道动力失稳监测及综合分析6.1 110202 上运巷监测分析总结6.1.1 现场工程特征及失稳描述6.1.2 综合监测方法及试验6.2 110202 下运巷监测分析总结6.2.1 现场工程特征及失稳描述6.2.2 综合监测方法及试验6.3 巷道围岩环境超前探测与支护保障分析6.3.1 超前地质探测系统6.3.2 超前地质探测6.3.3 RSM-SY5 数字化围岩松动圈测试系统6.3.4 可视化围岩损伤与破裂的YS（B）钻孔窥视系统6.3.5 煤岩动态破裂与失稳的声发射监测6.4 本章小结7 大断面巷道稳定性综合评价与防治措施7.1 大断面巷道动力学失稳机理分析7.2 大断面巷道失稳分析与支护选型7.2.1 控制机理分析7.2.2 锚杆-锚索联合支护作用7.3 基于松动圈的锚杆支护参数选型7.4 施工设计与加固措施7.5 本章小结8 结论8.1 结论8.2 建议致谢参考文献附录
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