矿山岩石巷道底臌发生的力学机理及防治措施研究

论文摘要

论文针对矿山岩石巷道底臌问题,分析了深井软岩巷道底臌产生的原因和类型,并在此基础上提出了“外接圆理论”,主要依据弹塑性力学中圆孔应力集中分析理论和材料力学中横梁受力破坏的基本原理,不仅较为准确地分析了巷道各部分围岩的受力和变形,而且获得了巷道围岩松动圈范围较为准确的解析解。并利用该理论结合软岩巷道围岩本构关系,建立了应力型底臌力学模型,推导出了底板塑性区发展深度和底板支护荷载的计算公式。通过数值计算软件,分别模拟了直墙拱形巷道、矩形巷道、圆形巷道在开挖前后和支护前后围岩的变形、应力场和位移场的分布情况,验证了理论分析的正确性。最后根据解析解结果和数值解结果,提出了深井软岩巷道防治底臌的一些措施,研究成果为底臌控制提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 软岩巷道底臌产生的原因
• 1.2.2 软岩巷道底臌机理研究
• 1.2.3 软岩巷道底臌控制研究
• 1.3 存在问题
• 1.4 研究内容、拟解决问题
• 1.5 研究方法及技术措施
• 1.6 课题工作量及进展计划（包括各阶段计划完成的内容和所需的时间等）
• 1.7 本章小结
• 2 软岩及软岩巷道底臌概念
• 2.1 软岩的定义
• 2.2 软岩的成分
• 2.3 软岩的性质
• 2.3.1 软岩的物理性质
• 2.3.2 软岩的力学性质
• 2.3.3 软岩岩体的结构
• 2.3.4 软岩岩体变形与强度特征
• 2.4 软岩的分类
• 2.5 软岩巷道的分类及特征
• 2.5.1 巷道围岩分类指标的确定
• 2.5.2 巷道围岩稳定性分类指标的确定
• 2.5.3 巷道围岩稳定性分类
• 2.6 软岩矿井的分类
• 2.7 软岩巷道底臌的特征
• 2.8 软岩巷道底臌的类型
• 2.9 影响软岩巷道底臌的主要因素
• 2.10 本章小结
• 3 软岩巷道围岩受力变形分析的外接圆理论及应用研究
• 3.1 巷道外接圆理论的基本原理
• 3.1.1 矿山巷道力学模型的建立
• 3.1.2 矿山外接圆巷道力学模型建立的原理
• 3.2 矿山岩石巷道破坏机理的外接圆理论分析
• 3.2.1 巷道变形破坏类型
• 3.2.2 破坏机理分析
• 3.3 锚杆布置参数的计算理论
• 3.3.1 松动圈范围的计算
• 3.3.2 外接圆理论误差分析
• 3.4 本章小结
• 4 软岩巷道应力型底臌的力学机理
• 4.1 巷道应力型底臌机理及解析分析
• 4.1.1 巷道应力型底臌力学模型
• 0分析计算'>4.1.2 底臌支护荷载P₀分析计算
• 4.1.3 计算结果分析
• 4.2 工程算例
• 4.3 本章小结
• 5 软岩巷道膨胀型底臌的力学机理
• 5.1 膨胀型软岩的鉴别
• 5.2 软岩岩层的膨胀理论
• 5.2.1 传统的软弱岩层膨胀理论
• 5.2.2 与扩容有关的软岩岩层膨胀理论
• 5.3 膨胀型软岩的膨胀机理及影响因素
• 5.4 水理作用对于膨胀型底臌位移的影响
• 5.5 膨胀型底臌发生的过程
• 5.6 塑性挤出型底臌的机理分析
• 5.7 本章小结
• 6 软岩巷道底臌控制数值模拟分析
• 6.1 数值模型的建立
• 6.1.1 计算区域
• 6.1.2 围岩参数
• 6.1.3 边界条件与荷载模式
• 6.2 数值模拟结果
• 6.3 矩形和圆形巷道数值模拟
• 6.4 本章小结
• 7 软岩巷道围岩支护及底臌的防治措施
• 7.1 巷道围岩支护与加固的基本理论
• 7.1.1 新奥法理论
• 7.1.2 悬吊理论
• 7.1.3 组合支承拱理论
• 7.1.4 均匀加固拱理论
• 7.1.5 剪切滑移理论
• 7.1.6 最大水平应力理论
• 7.1.7 二次支护理论
• 7.1.8 松动圈理论
• 7.1.9 关键承载圈理论
• 7.2 巷道支护方案设计及优化措施
• 7.2.1 巷道支护原则
• 7..2.2 软岩巷道支护设计
• 7.3 软岩巷道底臌防治措施
• 7.4 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 本论文展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果