一、粘土泥岩对巷道支护的影响及对策(论文文献综述)
曾冬艳[1](2021)在《泥质膨胀岩遇水弱化时效性分析及工程实践》文中进行了进一步梳理我国煤炭行业借助科技创新之力已经取得了跨越式的进步,仅2020全年我国煤炭开采、掘进机械化覆盖率分别达到了 78.5%和60.4%。但井下矿井资源开发始终面临着复杂的地质条件、灾害愈频发等难题,其中就包括了关于泥质膨胀性软岩巷道的围岩变形控制问题的研究,本文通过试验研究、理论分析、数值模拟和现场实测等方法,对泥质膨胀性巷道的变形问题进行了研究,从以下几个方面取得了大巷围岩中泥质岩膨胀引起的时效性变形特性的有关研究成果:(1)通过岩石膨胀试验可知,巷道内泥质岩自由吸水状态下的膨胀变形曲线在岩石浸水初的前7 h内变化陡峭,近似线性膨胀,该阶段的膨胀率能达到最大膨胀率的36%;同时,有侧向约束状态下的泥质岩膨胀量要高于自由状态下的岩石膨胀量,达到变形稳定的时间也更短。(2)基于围岩松动圈理论、围岩湿度场运移规律和圆形巷道内膨胀岩膨胀规律,根据数学推导获得了实验室岩样所在的巷道围岩的膨胀变形计算公式;以底板变形为例,分别得到了新采掘的巷道4d、8d、12d、16d、20d、24d和28d后的底板表面膨胀变形曲线、距离巷道底板表面2.5 m、3.5 m、4.5 m、5.5 m、6.5 m、7.5 m和8.5 m位置处的膨胀变形曲线。(3)提出“水-力”作用下考虑岩石膨胀与弱化效应发生下的围岩膨胀量计算方法,推出了岩石软化度与弱化系数之间的关系式,发现岩石弱化程度与其膨胀程度大致呈正相关。(4)通过数值模拟研究,从岩石弱化程度和围岩弱化范围两方面研究了泥质膨胀性围岩的变形时效性。因弱化引起的顶板围岩下沉量增加率基本控制在5%以内,两帮围岩收缩率在10%以内,底板成了巷道开挖后的主卸压区,围岩遇水弱化的变形时效性也着重表现在底板底鼓量的变形时效性上。(5)基于北翼辅助运输巷的现场实测,发现围岩表面位移变化具有时间累积变形特点,顶底板变形比帮部变形突出,左帮变形速度大于右帮,巷道破坏主要表现为底鼓破坏。图[50]表[36]参[70]
张振峰[2](2021)在《千米深井巷道高压劈裂注浆围岩加固机理与技术研究》文中研究表明千米深井巷道埋深大,在高地应力与强采动叠加作用下,表现出围岩持续性流变、围岩整体移动、巷道大变形、煤岩软化、裂隙闭合、围岩渗透性差等特征。传统的浅部矿井低应力、弱采动条件下的围岩注浆改性技术无法解决千米深井巷道围岩控制难题。本文以淮南口孜东矿121302运输巷的具体工程地质条件为背景,采用实验室试验、力学理论计算、数值模拟、技术与装备研发、现场试验等相结合的研究手段,对千米深井巷道围岩高压劈裂注浆改性过程中的裂隙扩展特征、浆液渗流规律、注浆改性强化机理等关键理论与技术问题开展了深入的研究,研究成果如下:(1)开展了千米深井巷道围岩应力、围岩强度、裂隙结构以及可注性等现场原位测试,分析了千米深井巷道围岩地质力学特征,查明了高应力低渗透巷道围岩常规注浆方法可注性差的影响因素,研究结果表明:巷道浅部煤岩体裂隙发育,但深部煤岩体裂隙闭合,造成千米深井巷道支护困难,常规注浆工艺条件下浆液渗透扩散范围小,巷道注浆效果差。(2)建立了千米深井巷道高压劈裂注浆裂隙起裂力学模型,推导出不可渗透与可渗透条件下钻孔孔壁的裂隙起裂准则与临界起裂压力;建立了巷道超前高压注浆浆液渗透扩散数值计算模型,分析了围岩渗透系数与注浆压力对浆液渗透扩散范围的影响规律。研究结果发现:高注浆压力能够有效促使千米深井巷道围岩裂隙重新张开与扩展;提高注浆材料渗透性,可以显着改善千米深井高应力低渗透围岩注浆浆液扩散范围与注浆加固效果。(3)开展了真三轴条件下高应力低渗透煤岩体高压劈裂注浆试验,以及高压劈裂注浆加固后煤岩体结构与细观力学行为的电镜扫描与纳米压痕试验,研究发现:不同的地应力状态对高压劈裂注浆起裂压力与裂隙扩展形态有明显影响,高压注浆后的煤岩体裂隙填充更加密实,浆界面区弹性模量要高于煤体。(4)基于理论研究成果,优化了超细速凝注浆改性材料性能参数,研制了配套的高压劈裂注浆设备(最大注浆压力可达40MPa),以及高压劈裂注浆锚杆、高压封孔工艺,提出了高压劈裂间歇注浆技术与控制技术。(5)开展了口孜东煤矿121302运输巷煤岩体高压劈裂改性工业试验,通过现场注浆量数据统计、锚固力测试、注浆效果钻孔探测等,结果表明:围岩平均起裂压力约26MPa,现场测试数据与理论分析吻合;新型的高压劈裂注浆技术能够将浆液注入到千米深井巷道围岩中最小约2mm宽度的裂隙中,围岩变形破坏得到了明显的控制,有效地解决了千米深井低渗巷道围岩“注不进”、“粘不住”的难题。
蔡金龙[3](2020)在《侏罗系弱胶结软岩巷道变形失稳机制及应用研究》文中认为我国中东部地区煤炭资源逐渐枯竭,煤炭资源开采逐步向西部地区发展,然而侏罗系弱胶结岩层广泛分布于我国西部地区,此类岩体胶结性差,层间粘合力差,遇水砂化泥化崩解,在此类岩体中开挖的巷道易发生围岩失稳现象,巷道维护困难,是西部煤矿安全生产中亟待解决的问题。本文以侏罗系地层泊江海子矿弱胶结软岩巷道支护为工程背景,综合采用现场调研、室内试验、理论分析、数值计算、物理相似模拟和现场工程实践等方法,探究了弱胶结软岩巷道围岩的物理力学性质、巷道变形特征、顶板弱胶结软岩体的本构模型,揭示了弱胶结软岩巷道顶板失稳机制,基于上述研究成果提出了弱胶结巷道围岩控制对策,并进行现场实践,效果较好。本论文主要研究成果如下:(1)通过现场调研,得出了弱胶结巷道冒顶区冒落特征,明确了巷道失稳原因:侏罗系煤系地层成岩时间短,胶结性差,层间粘结力弱,裂隙较发育;受弱含水层和掘进扰动影响,岩层层间胶结能力随时间推移具有不同程度弱化;巷道断面为矩形,易导致巷道肩角应力集中;巷道跨度大,在顶板下部易产生较大拉应力,且顶板结构复杂;采用锚网索支护的巷道,围岩锚固拱整体易失稳,形成锚固区外松脱型冒顶。(2)通过XRD、SEM和岩石铸体薄片观察,分析其矿物成分和微观结构;采用室内试验测定其单轴抗压、抗拉强度等力学参数,分析了弱胶结岩石遇水崩解和泥化特性;采用MTS816型电液岩石力学测试系统,开展了常规三轴试验,揭示了弱胶结软岩的变形破坏机理,弱胶结软岩呈现出明显的脆性破坏,岩石峰值强度、残余强度和弹性模量随围压增大而增大,泊松比随围压增大而减小规律。(3)基于常规三轴试验结果,引入了修正系数η,基于力学损伤对于弱胶结软岩微单元强度k的影响服从Weibull分布,建立了弱胶结软岩力学损伤本构模型,其关系式为:(?)通过数值计算得到了不同围压岩体试样的应力-应变曲线,并与实验数据进行对比分析,验证了本文提出的损伤本构模型的准确性;讨论了本构模型中的参数取值范围与应力-应变曲线的关系。(4)建立了复合顶板受力变形的力学模型,分析了离层失稳原因;构建了巷道复合顶板裂隙发育的力学模型,推导出裂隙发育的起裂角和临界应力;引入扩展应变能密度因子,建立其裂纹开裂角θ 0裂隙失稳判据;明确了顶板冒落失稳机制:巷道顶角处发生剪切破坏而形成裂隙,该裂隙带沿裂隙扩展角至易离层的软弱层理面,并与之相互贯通,发生冒顶。(5)建立了数值计算模型,探究了弱胶结层理、不同断面形式等单因素影响下巷道围岩塑性区、应力场、位移场演变特征,揭示了弱胶结软岩巷道围岩变形破坏规律,围岩稳定性动态响应特征,为合理支护技术提供重要的理论依据。(6)利用两向四面加载装置试验系统,通过持续增载(开挖扰动和采动影响)作用,对常规支护和优化支护两种支护条件下进行模拟分析,研究了各个阶段内的巷道表面位移、应力变化规律和离层裂隙演化特征,获得了支护形式变化对巷道周边围岩变形破坏演化的影响规律。(7)基于现场调研巷道冒顶失稳原因,结合数值模拟和物理模拟研究成果,提出了弱胶结巷道控制对策为:高强度高预紧力“倒梯形”锚网索梁支护结构+直墙切拱形为巷道断面+全断面喷浆耦合支护形式,并通过理论计算确定锚杆、锚索长度和支护密度,确定其支护参数。将确定的巷道支护方案进行现场实践,监测表明,巷道没有发生明显变形,无冒顶现象,较好地控制了巷道顶板围岩稳定性。图[109]表[14]参[161]
李辉[4](2020)在《富碱性水弱胶结软岩巷道围岩控制机理与应用研究》文中提出我国西部矿区弱胶结煤系地层的开采带来了诸多技术难题,其中最为复杂的是富水条件下,特别是富碱性水条件下弱胶结软岩巷道的围岩控制问题,其解决的关键在于掌握水岩作用下巷道围岩的变形特征与规律,揭示水化学损伤下的围岩失稳机理,从而提出合理支护方案,实现巷道安全稳定。本文基于西部矿区弱胶结地层水文地质调研,围绕碱性水作用下弱胶结围岩物理力学损伤机理与变形控制,综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟以及现场实测等方法,开展富碱性水弱胶结软岩巷道围岩控制技术研究,对进一步丰富软岩巷道围岩控制理论,指导富水条件下弱胶结地层开采实践、推动我国西部煤炭资源高效利用具有现实的指导意义及理论价值,主要研究成果如下:(1)通过对我国西部矿区弱胶结地层赋存环境调研,提出了碱性水-弱胶结软岩水化学作用实验方法,得到了弱胶结泥岩和弱胶结粉砂岩在不同碱性水、不同浸泡时间条件下的矿物组分微观结构与宏观力学特性损伤规律。掌握了浸泡液溶液离子种类及浓度变化规律。(2)根据矿物组分与浸泡液离子浓度变化规律,推演了水岩作用化学方程式,揭示水岩化学作用本质与岩石物理力学损伤机理。根据实验室测试数据,拟合变量因子与损伤因子的关系曲线,建立了基于时间效应、碱性程度以及微观孔隙变化的宏观力学损伤演化方程,得到了损伤演化本构关系。(3)分析测试了锚固剂、锚杆杆体及锚索钢绞线在不同碱性水环境中的物理腐蚀特征以及力学性能损伤规律,研究了不同锚固区围岩、pH值、腐蚀时间对锚固体拉拔性能的影响规律,确定了富碱性水弱胶结软岩条件下锚固体主要破坏形式与破坏机理,提出了锚杆碱蚀防治方法。(4)根据巷道围岩含水层分布、富水环境pH值、以及水岩作用下锚固区围岩的可锚性,将巷道围岩分为5类,并分别设计给出支护形式。以大南湖七矿实际开采地质条件为例,通过数值计算确定了不同支护形式的合理支护参数,形成了富碱性水弱胶结软岩巷道分类支护技术方案。(5)对试验区域巷道围岩的水文地质条件进行评价并分类,提出了分类支护方法,对富碱性水弱胶结软岩巷道分类支护技术方案进行了工业性试验,并对围岩稳定性监测方案进行设计,实现了巷道围岩变形、锚杆索受力等的现场监测。该论文有图131幅,表31个,参考文献139篇。
周建树[5](2020)在《弱胶结软岩深埋地层巷道支护设计与现场实测研究》文中研究表明我国西部地区白垩-侏罗系地层分布广泛,其成岩时期晚、胶结差、强度低、遇水泥化、砂化,在该类岩层中的巷道开挖后,常出现围岩变形大、破坏严重,常规锚网喷支护技术难以有效维持巷道围岩稳定和安全。因此,开展弱胶结软岩深埋地层巷道支护设计与现场监测研究,对确保该类地层巷道施工与运行安全,具有重要的理论意义和应用价值。论文以东胜煤田泊江海子矿+803.5 m辅助运输石门巷道支护为工程背景,采用理论分析、数值模拟、实验室测试、现场监测相结合的研究方法,分析其水文与工程地质特征,研究弱胶结软岩巷道遇水软化,以及锚梁网喷索联合支护作用机理,提出弱胶结软岩巷道支护设计原则及其优化方案;探究优化后巷道支护结构的变形与受力特性,并通过现场监测,验证了优化后支护结构的合理性和有效性,确保了该巷道施工与运行安全。主要研究内容与成果如下:(1)泊江海子矿区白垩-侏罗系地层弱胶结地层是一种连续沉积岩,具有遇水砂化、泥化,且抗压、抗剪强度低等特点。其中侏罗系岩石结构为颗粒支撑,泥质胶结为主,其泥质主要矿物组分为高岭石和蒙脱石,颗粒与胶结物表现为填隙式结构;侏罗系中统、中下统地层的抗压强度普遍小于30MPa,多为软岩类;分析了水对岩石力学性质的物理、化学和力学影响,揭示了水岩耦合作用下岩石力学特性弱化规律。(2)对+803.5 m辅助运输石门巷道锚杆轴力、锚索轴力、混凝土应力应变进行了现场长期监测。监测结果表明,在弱胶结岩层中采用常规锚杆或锚索的端头锚固结构方式,难以适应其强度低、遇水软化的特性,导致施加至锚索上的预紧力难以达到设计要求,且锚杆(索)在受力过程中出现拉力松弛现象。(3)FLAC3D数值模拟软件软岩巷道支护优化前后进行支护支护稳定分析,分析表明,优化后的支护方案可以满足井巷围岩控制的要求,支护稳定后锚杆(索)与围岩间的张拉力虽未能达到设计要求,但没有出现优化前锚索拉力松驰现象。(4)研究提出的巷道支护设计优化原则,以及锚梁网喷索协同支护设计优化方案,有效改善了支护体系与围岩的协同作用,避免了支护结构中锚杆和锚索因锚固力不足出现的功能衰退,并得到现场监测验证。为今后类似条件巷道支护提供了有益借鉴。图[43]表[10]参[62]
史金伟[6](2020)在《多次返修扰动下巷道围岩的控制方案优化及工程实践》文中进行了进一步梳理巷道围岩变形在软岩巷道控制中是一个重要技术难题,由于软岩巷道围岩变形的复杂性,得到一种有效控制巷道围岩变形对策,成为国内外煤炭领域的许多专家研究的方向。在膨胀型软岩巷道中,有效的控制巷道围岩变形是解决巷道围岩变形破坏难题之一,研究膨胀型软岩巷道围岩变形破坏机理,能够更好的控制膨胀型软岩巷道围岩变形,对煤矿软岩巷道建设提供重要的理论意义。本文以陕西金源招贤矿北翼大巷的实际情况,运用理论研究、室内试验、数值模拟、现场实测相结合的方法,对该巷巷道围岩变形破坏机理和控制技术进行了研究。通过室内试验,研究了巷道岩石的微观结构和矿物组成成分,同时对巷道岩石进行膨胀率及膨胀应力试验;通过理论分析,对巷道围岩变形的过程及围岩变形量的组成进行了分析;通过数值模拟计算,研究北翼大巷不同位置围岩变形的破坏特征,提出2套支护方案对策并对此进行了分析,得出巷道在“锚杆锚索+底板锚索+U型封闭支架+注浆”支护条件下,提高了围岩自承载能力,很好的改变围岩受力状态,巷道围岩应力分布均匀未出现集中现象,支护结构承载能力得到提高,控制巷道围岩变形破坏,同时很好的控制底板围岩变形问题。因此,进行了工业性试验验证“锚杆锚索+底板锚索+U型封闭支架+注浆”支护技术对巷道围岩变形是否有效控制,通过现场实测得出的数据显示,能够有效的防止巷道围岩变形和两帮内移,实现了对陕西金源招贤矿北翼大巷软岩巷道围岩稳定性的有效控制。图47表16参62
张进鹏[7](2020)在《基于预应力锚和自应力注的裂隙岩体锚注加固机理研究与工程应用》文中研究表明地下工程活动常遇不良地质裂隙岩体,注浆加固能够封堵岩体裂隙,改善裂隙岩体的物理力学性能。针对地下工程裂隙岩体注浆加固由于水泥基材料自收缩造成浆岩界面出现微裂缝或充填空隙的问题,本文创新地提出了裂隙岩体自应力浆液加固方法和基于预应力锚和自应力注的裂隙岩体锚注加固方法。通过外加剂促使浆液结石体在约束空间内体积膨胀,补偿水泥基材料自收缩同时产生膨胀应力,提高浆液结石体的密实度,改善加固体的受力状态。通过浆液结石体自应力与锚杆轴向应力共同加固岩体,使加固体处于准三维的受力状态,一定程度上恢复了原岩受力状态,显着提高了锚注加固效果。通过理论分析、室内试验、数值模拟、工程应用等方法研究了基于预应力锚和自应力注的裂隙岩体锚注加固机理。主要成果如下:(1)分析了裂隙岩体自应力浆液加固原理和基于预应力锚和自应力注的裂隙岩体锚注加固原理。自应力浆液加固岩体的优势包括:浆液结石体的密实度和强度得到提高,浆液结石体与岩体形成的固结体受力状态得到改善。浆液结石体膨胀应力和锚杆轴向应力对裂隙岩体最大主应力的提高呈叠加关系。随着岩体与浆液结石体的距离增大,膨胀压力产生的附加应力逐渐减小,且附加应力与浆液结石体体积呈正相关。分析了考虑预应力损失前后锚杆轴向应力与界面剪应力的关系以及锚杆锚固段脱锚前后的剪应力-剪切位移关系。(2)通过纵向自由膨胀率测试、约束浆液结石体强度试验、约束结石体微观分析,研究了自应力水泥浆液膨胀性能与强度特征。随着膨胀剂掺量增大,浆液纵向自由膨胀率和约束结石体强度均先增大后减小,配制自应力注浆材料的最佳膨胀剂掺量为10%。10%膨胀剂掺量超细硅质浆液的纵向自由膨胀率为1.94%,约束状态自应力浆液结石体的峰值强度比普通浆液结石体高50.37%。自应力超细硅酸盐水泥浆液结石体颗粒相互搭接,形成网状结构,密实性明显优于普通浆液结石体。(3)选取不同岩性的预制裂隙岩体进行普通浆液加固和自应力浆液加固单轴压缩试验和声发射试验,并进行砂岩预制裂隙的锚注加固试验。各种岩性试样通过自应力浆液对预制裂隙试样的加固效果均优于普通注浆。随着岩体强度的降低,注浆加固岩体试样的强度折减系数呈增大的趋势,注浆加固对不同岩性裂隙岩体强度的恢复程度排序为砂岩<炭质泥岩<砂质泥岩<煤。随着岩性强度逐渐变弱,浆液加固岩体逐渐由沿着对角线方向剪切滑移破坏向劈裂伴崩解破坏过渡。锚注加固裂隙砂岩经过压密阶段和弹性变形阶段至峰值强度后,出现了明显较长的峰后延缓变形。浆液加固砂岩试样的锚固强度越高,对砂岩试样的峰值强度提高幅度越大。1根和2根锚杆的新型预应力锚注加固砂岩的峰值强度分别比普通锚注加固试件高13.59%、12.65%,新型预应力锚注加固砂岩的优势明显。(4)通过数值模拟研究裂隙倾角、裂隙开度、裂隙粗糙度等裂隙参数对普通浆液加固和自应力浆液加固岩体峰值强度、峰值应变、弹性模量等的影响。当裂隙倾角θ位于θ1<θ<θ2,注浆加固裂隙岩体表现为以沿浆岩界面剪切滑移破坏为主,其它角度表现为以整体劈裂破坏为主。两种浆液加固岩体的峰值强度、峰值应变均随裂隙倾角增大呈现先减小后增大的趋势。不同裂隙开度的普通浆液加固岩体和自应力浆液加固岩体的峰值强度基本分别在3.30MPa和3.65MPa左右。两种浆液加固岩体的峰值强度和峰值应变均随裂隙面粗糙度降低逐渐减小。相同裂隙倾角、裂隙开度、裂隙粗糙度的自应力浆液加固岩体峰值强度和峰值应变均大于普通浆液加固岩体峰值强度。(5)以超细水泥、改性粘土、硅粉、膨胀剂、减水剂、速凝剂为原材料,通过正交试验研制出超细硅质自应力复合注浆加固材料,配方为超细水泥掺量79%、粘土掺量5%、膨胀剂掺量10%、硅粉掺量6%、速凝剂掺量2.9%、减水剂掺量2.5%。该材料具有初凝快、流动性好、膨胀性好、强度高等特点。(6)基于围岩破碎机理分析和原支护方式评价,将基于预应力锚和自应力注的锚注加固方法用于平煤十矿变电所巷道围岩控制,设计了高强预应力注浆锚杆系统和新型锚注支护方案。新型锚注加固后,注浆浆脉充填了围岩裂隙,浆液扩散性良好,填充裂隙的浆液结石体结构较为致密,颗粒相对均匀。预应力注浆锚杆锚索受力稳定,锚固范围内的松散破碎围岩变形得到有效控制。变电所巷道变形逐渐趋于稳定状态,表面围岩最大位移为83mm,围岩变形不大,真正实现了巷道维修后的零修复。
孙元田[8](2020)在《深部松散煤体巷道流变机理研究及控制对策》文中提出随着煤炭资源开采深度的增加,大量深部煤层巷道变形的时间效应显现加剧。对于围岩强度极低的松散煤层巷道,流变大变形现象十分普遍。鉴于此,本文紧紧围绕松散煤体巷道流变问题,采用人工智能、室内实验、理论分析、工程调研、数值计算及现场试验相结合的研究方法,基于煤岩参数反演模型,实验室构建了等效松散煤体试样,揭示了松散煤体的流变特性,建立了符合该类煤体的流变模型,反演了巷道煤体流变参数并揭示了巷道流变机理,提出了旋喷注浆加固松散煤体的控制对策并试验其可行性,探索了旋喷加固技术抑制巷道流变机理,为研究与治理松散煤体巷道提供了新的思路。本文的主要研究内容和成果如下:(1)搭建了煤岩体参数反演的算法模型。在分析参数的反演必要性前提下,采用人工智能手段对本文松散煤体研究涉及的两类物理力学参数即“构建参数”和“流变参数”进行反演模型搭建。将机器学习的支持向量机算法和高效寻优的生物启发式天牛须算法有机结合起来,进一步的建立起基于天牛须搜索的进化支持向量机参数反演模型(BAS-ESVM),确定了该模型反演实现的主要步骤。其中天牛须算法不仅对支持向量机的参数(核参数和罚参数)进行调优形成进化支持向量机(ESVM),还对待反演参数进行寻优输出。利用该模型对室内煤体构建的参数和巷道煤体的流变参数进行了精确反演。(2)提出了室内构建煤试件等效于现场松散煤体的方法。鉴于典型的松散煤层实际赋存状态,常规手段难以对其开展煤岩物理力学试验。该法以松散煤体坚固性为纽带,旨在将室内的成型煤体的孔隙率和强度与现场煤体孔隙率和强度等效。实验室测定了现场煤体的孔隙率(9.8%)和坚固性系数的反算强度(2.5MPa),并提出了成型煤体的孔隙率测定方法。理论分析确定了“成型压力、成型时间和成型水分(含水率)”为煤体成型过程中的关键影响参数,确定了煤体成型工艺并分析了成型机理及影响成型效果的因素,得到了煤体成型过程中的三阶段曲线即“初始压密变形、塑性变形及弹性变形阶段”。通过试验得到成型煤体的孔隙率和强度样本数据,揭示了成型煤体破坏的五阶段曲线即“孔隙裂隙压密、弹性变形、稳定破裂、加速破坏和峰后破坏阶段”。基于“BAS-ESVM”模型反演得到了现场原煤孔隙率和强度下的实验室型煤体构建参数即成型压力23.7MPa,成型时间33.5 min,含水率4.82%。按照该参数成功建立起试验煤体,成型煤体测试强度为2.52 MPa,孔隙率为10%,与原煤高度接近,验证了该模型和参数的合理准确性。(3)揭示了松散煤体流变特性并建立了相适应的流变模型。基于已构建的高度等效现场的松散煤体试样,采用分级加载方法,测得其单轴流变全过程蠕变曲线,揭示了松散煤体的流变变形特性即松散煤体存在“瞬时变形、减速蠕变、等速蠕变及加速蠕变阶段,卸载后存在残余变形”。得到了试样轴向四阶段应力应变规律即“孔隙裂隙压密阶段、线性变形阶段、裂隙孔隙发育阶段、加速破坏阶段”,分析了蠕变煤体受长时蠕变损伤下的等时应力应变曲线和瞬时加载变形模量规律。在松散煤体流变元件模型选取原则指导下,提出了适合松散煤体流变特征的改进型CVISC流变模型,推导了相关蠕变方程及其差分形式。提出了对添加的粘性单元参数计算方法,对松散煤体的流变参数进行了辨识,后经数值模型分析,验证了所提出模型的合理与正确性。(4)反演了深部巷道松散煤体流变参数并揭示了巷道流变机理。基于一个具有典型流变性质的松散煤层巷道工程案例,分析了其流变规律即该松散煤巷具有“前期减速大流变和后期等速大流变”特征,确定了帮部软弱松散煤体长时流变是巷道失稳破坏的关键因素。理论分析选取了适合松散煤体的流变模型及相关流变参数的取值范围,通过正交流变参数组合设计,并经三维巷道数值模拟计算,得到含有时间序列的巷道位移。基于现场流变位移数据,通过“BAS-ESVM”模型反演得到了实测变形下的巷道煤体流变参数,经正算验证了所反演的流变参数及整体模型的建立是合适与正确的。进一步,通过对该流变巷道围岩水平与垂直位移、最大主应力与最小主应力、塑性区扩展随时间的演化规律分析,揭示了松散煤体巷道的不稳定变形时间长,煤体内高应力积聚,塑性区扩展范围远超支护范围等破坏机理。(5)提出了高压旋喷加固流变巷道的技术对策并试验其对松散煤体的扩孔成桩效果。理论分析了控制流变巷道的根本是提高松散煤体的自身性质,探索性的提出通过高压旋喷技术深度改性松散煤体,从而抑制巷道流变。深入分析了高压旋喷的“剪切、拉伸及内损伤”破煤机理,讨论了高压射流在煤体中扩孔范围与关键影响因素,分析了水泥浆旋喷成桩作用与改性固结煤体机理。讨论了旋喷技术在深部松软煤层适用的可行性,计算选取了旋喷相关设备,分析了射流流量及压力对煤体作用,并在地面预先验证了设备和参数设置合理性。确定了两套旋喷工艺及流程,现场试验结果显示高压旋喷射流技术对坚硬的泥岩体扩孔范围有限,而对松散煤体扩孔成桩效果较好,尺寸在400 mm~500 mm左右,满足预加固支护要求,但也仍需优化选取试验地点和部分旋喷参数。(6)探索了旋喷加固控制松散煤巷方案并分析了其抑制流变机理。基于旋喷注浆成型桩体在松散煤层中的存在状态,实验室内构建了旋喷煤浆固结体,理论计算确定了煤与水泥浆液的合理比例为1.3,设计了煤浆混合物并测定了其坍落度。从宏观微观角度试验分析了水泥浆对煤体的改性作用,认为煤浆固结体是介于混凝土和煤体之间的在强度和延展性上具有优异性能的复合材料,试验确定了该材料力学参数的尺寸效应和抗流变的特性。提出了旋喷注浆加固巷道的设计思路、原则和关键技术,建立了以“旋喷改性加固为主体,联合喷射混凝土和U型棚强化”的松散煤层巷道控制方案并确定了相关参数,概括为“浅表改性、预先加固、提高承载、边放边抗、柔中有刚、多重支护”的基本控制思想。建立了含有旋喷加固体的三维数值模型,合理选取了本构模型和相关参数。探索了两种旋喷方案在巷道流变变形抑制、围岩应力优化及塑性区扩展控制上的机理,综合对比分析认为旋喷注浆加固松散煤体技术可以明显降低顶板和帮部变形,最大分别减小69%和78%;减少巷道稳定时间,从60天减少至15天;优化围岩应力,应力集中系数可最大降低35%;大幅度减小围岩塑性区,顶板塑性区范围减小84%,帮部塑性区范围最大降低42%;对松散煤巷流变的研究与治理进行了新的尝试并提供了新的思路。该论文有图130幅,表39个,参考文献282篇。
魏群[9](2020)在《喷涂柔膜在锚杆支护中的作用机理研究》文中研究表明巷道浅表易发生碎裂变形,围岩表面维护是支护体系中的重要环节。与现有金属网和厚层混凝土护表方式相比,喷涂柔膜在力学性能、变形能力、施工性能等方面具有其独特的优势。然而喷涂柔膜在煤矿巷道锚杆支护中应用较少,其支护作用机理研究尚存不足。本文综合运用理论分析、实验室实验、数值模拟、现场应用等方法,研究了典型喷涂柔膜材料的力学性能,揭示了其在锚杆支护体系下的作用和机制,进而开展了效果评价和分析,主要成果如下:(1)揭示了喷涂柔膜材料承载响应快、变形能力大、粘结强度高等力学特征。所测试的喷涂柔膜材料拉伸初期快速建立强度,决定了在岩体变形初期即可快速发挥力学作用;最大延伸率接近60%,适用于煤矿巷道的大变形条件;法向、切向粘结测试中均未发生膜内部或膜与岩石粘结界面的破坏,粘结性能好。(2)分析了喷涂柔膜提高表层岩体抗压强度、完整性的力学作用。通过数值模拟发现,施加喷涂柔膜后小尺度致密岩石和破碎岩体试样的侧限抗压强度有不同程度的提高;通过实验发现,喷涂柔膜后原煤基体的侧限压缩强度提高了25%。在压缩和拉伸实验中,试样基体发生破坏后喷涂柔膜未出现脱粘、剥离现象,保持与破碎岩体的良好粘结,体现了维持表层岩体完整性的作用。(3)揭示了喷涂柔膜抑制锚杆间岩体变形、防止块体垮落的护表作用。喷涂柔膜通过粘结,抑制了锚杆间“网兜”效应的出现。测试得到了喷涂柔膜的线性承载能力指标,所测材料理论上可实现752 kg松脱块体的自重,表明其具备防止顶板小块松脱岩石垮落的能力。(4)分析了喷涂柔膜抑制泥岩强度弱化,实现注浆壁面封闭的作用。基于低场核磁共振技术发现喷涂柔膜减弱了泥岩基体的吸湿,进而抑制了基体强度弱化。实验发现喷涂柔膜承受壁面内部压力时有三种破坏形式,最高封闭压力1.05MPa。通过与裂隙岩体注浆压力梯度模拟结果对比发现,喷涂柔膜具备注浆壁面封闭能力,具有改善注浆效果的潜在作用。(5)揭示了喷涂柔膜对锚杆支护的协同作用。通过对巷道锚杆支护数值模拟发现,施加喷涂柔膜后顶板表面及内部的下沉量得到抑制,顶板岩体内部y方向应力有所提高,顶板锚杆的最大轴力平均值明显降低,表明锚杆支护体系下喷膜提高了顶板岩体的完整性和自承载能力。(6)总结了喷涂柔膜在锚杆支护体系下的作用机制。锚杆发挥支护的主体作用。喷涂柔膜通过其特殊的力学性质,对所粘结的表层岩体具有增强作用,通过快速承载及时阻止锚杆间岩体的变形和块体的移动进而维持岩体的完整性;通过隔离密闭作用抑制岩体的弱化,具备防止金属支护构件锈蚀的潜力,同时具备注浆壁面封闭的能力。喷涂柔膜与锚杆的作用相互弥补,协同发挥围岩控制作用。(7)讨论了喷涂柔膜技术的工程特性,总结了喷涂柔膜的支护作用原理,对比分析了喷涂柔膜与喷射混凝土和网的支护性能和施工特点,提出了喷涂柔膜材料差异化开发方案,给出了施工工艺和装备原理的开发建议,分析了喷涂柔膜的应用限制,开展了喷涂柔膜的适用性评价。(8)开发了一种机械化浆体制备、喷涂工艺,实现了以井下压风作为动力、具备自行走能力的一体化施工装备,建立了装备的三维样机模型。开展了喷涂柔膜用于金属支护构件封闭和避难硐室壁面瓦斯封堵两个工程实践,验证了喷涂柔膜的密闭作用。论文共有图124幅,表30个,参考文献186篇。
姜鹏飞[10](2020)在《千米深井巷道围岩支护—改性—卸压协同控制原理及技术》文中研究说明我国埋深1000m以下的煤炭资源丰富,主要分布在中东部地区。与浅部煤矿相比,千米深井最大的特点是地应力高、采动影响强烈,巷道开挖后即表现为变形大、持续时间长、稳定性差,受到工作面采动影响后,围岩变形与破坏进一步加剧,甚至出现冒顶、冲击地压等灾害。适用于中浅部煤矿的围岩控制方法与技术不能解决千米深井难题。为此,本文以我国淮南矿区中煤新集口孜东矿千米深井121302工作面运输巷为工程背景,采用理论分析、实验室试验、相似材料模型试验、数值模拟及井下试验相结合的方法,研究千米深井巷道围岩大变形机理及支护-改性-卸压协同控制原理及技术,为千米深井巷道围岩控制提供基础。本文研究内容包括五个方面:(1)从地应力、围岩裂化、超长工作面采动、偏应力诱导围岩扩容等多个角度研究千米深井巷道围岩大变形机理。(2)采用相似材料模型试验对比研究单一锚杆锚索支护与支护-改性-卸压协同控制2种方案下巷道围岩及支护体受力、巷道裂隙分布与变形规律。(3)采用数值模拟研究单一锚杆锚索支护、支护-改性-卸压等多种方案下巷道围岩变形破坏机理,揭示千米深井巷道支护-改性-卸压协同控制原理。(4)研发千米深井巷道支护-改性-卸压协同控制技术。(5)提出口孜东矿千米深井巷道支护-改性-卸压协同控制方案,并进行井下试验与矿压监测,对研究成果进行验证。通过论文研究,取得以下结论:(1)井下实测得出口孜东矿试验巷道所测区域最大水平主应力21.84MPa,垂直应力25.12MPa,地应力场以垂直应力为主。实验室测试得出13-1煤层顶底板以泥岩为主,强度低、胶结性差,煤岩层中粘土矿物含量占除煤质以外矿物总含量的60%,极易风化和遇水软化。井下测量发现巷道变形主要为帮部大变形和强烈底鼓,大量肩窝锚杆、锚索破断,托板翻转、钢带撕裂,导致支护破坏与失效。(2)数值模拟揭示了不同地应力、围岩强度劣化、工作面长度及偏应力等地质力学与生产条件参数对千米深井巷道围岩变形影响机制,揭示了千米深井巷道围岩大变形机理和3个主要影响因素:高应力、软岩与流变、超长工作面强采动作用,提出了千米深井软岩巷道的支护-改性-卸压协同控制方法和“三主动”原则:采用高预应力锚杆与锚索实现主动支护;采用高压劈裂注浆主动对软弱破碎煤层改性;采用超前水力压裂实施主动卸压。(3)相似材料模型试验结果表明,直接顶初次垮落步距30m,基本顶初次来压步距55m,周期来压滞后工作面后方5m。受高应力与顶板泥岩的影响,工作面随采随冒。对比分析了非压裂与压裂两种情况下上覆岩层垮落与断裂形态,未进行水力压裂卸压时,受工作面开采影响,煤柱上方顶板产生1条断裂线;采用水力压裂卸压后,煤柱上方顶板产生了2条断裂线,且在压裂范围产生了1条明显的裂隙和多条微小裂隙,减小了上覆坚硬岩层的悬顶范围,激活了原生裂隙,降低了煤柱采动应力,从而减弱了强烈采动影响。(4)相似材料模型试验研究获得了单独采用锚杆锚索支护与采用支护-改性-卸压协同控制2种方案下围岩与支护体受力、巷道变形与破坏特征。采用支护-改性-卸压协同控制方案巷道围岩承载能力较单独采用锚杆锚索支护时增强,锚杆锚索受力增大,巷道围岩完整性、强度、锚固力提升,采动应力降低,巷道围岩裂隙长度、宽度和分布范围减小,支护-改性-卸压三者存在协同互补的关系。采用支护-改性-卸压协同控制方案后,巷道断面收缩率30.8%;较单独采用锚杆锚索支护方案断面收缩率降低61.5%。(5)采用数值模拟研究了支护-改性-卸压协同控制巷道围岩受力、变形与裂隙分布特征,并与无支护、锚杆锚索支护进行了对比分析。巷道围岩采用支护-改性-卸压控制后,巷道周围煤岩体垂直应力均明显高于无支护及锚杆锚索支护巷道,而煤柱侧中部至采空区区域及实体煤侧深部区域其垂直应力较无支护及锚杆锚索支护巷道降低,巷道变形、产生的剪切和张拉裂隙显着减少。(6)提出了支护-改性-卸压协同控制原理:通过高预应力锚杆、锚索及时主动支护,减小围岩浅部偏应力和应力梯度,抑制锚固区内围岩不连续、不协调的扩容变形;通过高压劈裂主动注浆改性,提高巷帮煤体的强度、完整性及煤层中锚杆、锚索锚固力;工作面回采前选择合理层位进行水力压裂主动卸压,减小侧方悬顶和采空区后方悬顶,并产生新裂隙,激活原生裂隙,降低工作面回采时采动应力量值和范围;三者协同作用,控制千米深井巷道围岩大变形。(7)研发出巷道支护-改性-卸压协同控制技术:开发了CRMG700型超高强度、高冲击韧性锚杆支护材料,揭示出锚杆的蠕变特性及在拉、剪、扭、弯、冲击复合载荷作用下力学响应规律。研究了微纳米无机有机复合改性注浆材料性能,该材料注浆改性后较未注浆的裂隙原煤抗剪强度提高81.5%,能够起到提高煤体结构面强度、完整性和锚杆锚索锚固性能的作用。提出了水力压裂分段压裂工艺技术及效果评价方法。(8)提出支护-改性-卸压巷道围岩控制布置方案与参数,并进行了井下试验和矿压监测。结果表明,与原支护相比,支护-改性-卸压协同控制方案应用后,充分发挥了锚杆、锚索主动支护作用,锚杆、锚索破断率降低90%;高压劈裂注浆提高了巷帮煤体的强度和完整性;顶板上覆坚硬岩层实施水力压裂,减小了工作面超前采动应力量值与变化幅度,降低了液压支架工作阻力。支护-改性-卸压协同控制方案井下应用后使巷道围岩变形量降低了50%以上。
二、粘土泥岩对巷道支护的影响及对策(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、粘土泥岩对巷道支护的影响及对策(论文提纲范文)
(1)泥质膨胀岩遇水弱化时效性分析及工程实践(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 泥质膨胀岩膨胀特性研究 |
1.2.2 泥质膨胀岩弱化特性研究 |
1.2.3 围岩“膨胀-弱化”变形数值计算研究 |
1.3 研究中存在的不足 |
1.4 研究内容和研究技术路线 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 技术路线 |
2 泥质膨胀岩膨胀特性试验研究 |
2.1 引言 |
2.2 试验方案及试样制备 |
2.3 自由膨胀率试验 |
2.3.1 试验仪器 |
2.3.2 试验步骤 |
2.3.3 试验结果与分析 |
2.4 侧限无荷膨胀率试验 |
2.4.1 试验仪器 |
2.4.2 试验步骤 |
2.4.3 试验结果与分析 |
2.5 膨胀应力试验 |
2.5.1 试验仪器 |
2.5.2 试验步骤 |
2.5.3 试验结果与分析 |
2.6 本章小结 |
3 泥质膨胀性围岩膨胀机制分析 |
3.1 引言 |
3.2 膨胀区的形成 |
3.2.1 水的影响 |
3.2.2 膨胀区 |
3.3 膨胀区膨胀变形量计算 |
3.3.1 计算方式:简化为圆形巷道计算变形量 |
3.3.2 岩石计算参数 |
3.3.3 围岩膨胀量计算 |
3.4 膨胀区膨胀应力演化规律分析 |
3.5 膨胀区膨胀与弱化的关系 |
3.5.1 岩石弱化效应描述 |
3.5.2 岩石膨胀与劣化关系 |
3.6 本章小结 |
4 泥质膨胀岩弱化对围岩控制的影响 |
4.1 引言 |
4.2 几何模型建立 |
4.2.1 边界条件 |
4.2.2 本构模型 |
4.2.3 岩石力学参数 |
4.3 模拟方案 |
4.3.1 模拟内容 |
4.3.2 岩石遇水弱化规律 |
4.3.3 模拟过程 |
4.4 膨胀性围岩弱化变形规律演化分析 |
4.4.1 弱化后的围岩垂直应力演化规律 |
4.4.2 弱化后的围岩水平应力演化规律 |
4.4.3 弱化后的围岩垂直位移演化规律 |
4.4.4 弱化后的围岩水平位移演化规律 |
4.5 本章小结 |
5 泥质膨胀性围岩变形时效性分析 |
5.1 引言 |
5.2 数值计算平衡过程 |
5.2.1 围岩自重平衡 |
5.2.2 围岩开挖平衡 |
5.2.3 最大不平衡力平衡过程 |
5.3 模拟监测设置 |
5.3.1 时间设置 |
5.3.2 开挖围岩初次控制 |
5.3.3 监测点布置 |
5.4 弱化后的围岩控制变形时效性特征 |
5.4.1 顶板时效性变形特征 |
5.4.2 两帮时效性变形特征 |
5.4.3 底板时效性变形特征 |
5.5 本章小结 |
6 工程现场实测研究分析 |
6.1 北翼大巷工程概况 |
6.2 北翼辅助运输巷地质条件 |
6.3 监测内容及方法 |
6.4 表面位移观测结果分析 |
6.5 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读研期间主要科研成果 |
(2)千米深井巷道高压劈裂注浆围岩加固机理与技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 选题意义 |
1.2 国内外研究现状-文献综述 |
1.2.1 煤矿深井高应力巷道支护机理与技术 |
1.2.2 岩体裂隙结构理论 |
1.2.3 注浆加固理论 |
1.2.4 注浆材料发展 |
1.2.5 注浆方法 |
1.3 存在问题 |
1.4 研究内容 |
1.5 技术路线 |
2 千米深井巷道围岩裂隙演化特征与可注性试验研究 |
2.1 千米深井地应力及煤岩强度分布规律 |
2.1.1 千米深井地应力分布规律 |
2.1.2 千米深井围岩强度分布规律 |
2.2 千米深井巷道围岩裂隙演化特征 |
2.2.1 千米深井典型煤岩体裂隙分布特征 |
2.2.2 千米深井围岩裂隙变形特征数值模拟 |
2.3 高应力低渗透巷道围岩常规注浆试验研究 |
2.3.1 注浆试验 |
2.3.2 试验结果 |
2.4 本章小结 |
3 高压劈裂注浆裂隙扩展与浆液渗透规律研究 |
3.1 高压劈裂注浆裂隙起裂准则 |
3.1.1 纵向裂隙起裂分析 |
3.1.2 横向裂隙起裂分析 |
3.2 真三轴条件下高压劈裂注浆裂隙扩展试验 |
3.2.1 高压劈裂注浆试验系统 |
3.2.2 高压劈裂注浆试验 |
3.2.3 试验方案设计 |
3.2.4 试验结果与讨论 |
3.3 高压注浆浆液渗透扩散规律 |
3.3.1 高压注浆浆液渗透规律数值模型 |
3.3.2 高压渗透注浆浆液扩散规律 |
3.3.3 高压劈裂注浆浆液扩散规律 |
3.4 本章小结 |
4 高压劈裂注浆围岩改性加固机理研究 |
4.1 高压劈裂注浆浆液对围岩改性机制 |
4.1.1 常规劈裂注浆改性机制 |
4.1.2 深井煤岩体高压劈裂注浆改性机制 |
4.2 高压劈裂围岩注浆宏观参数强化规律 |
4.2.1 剪切刚度与法向刚度的影响规律 |
4.2.2 内摩擦角的影响规律 |
4.2.3 内聚力和抗拉强度的影响规律 |
4.2.4 注浆压力对注浆性能影响规律 |
4.3 高压劈裂围岩注浆强化细观分析 |
4.3.1 注浆体扫描电镜细观形貌分析 |
4.3.2 煤浆界面区纳米压痕试验分析 |
4.4 本章小结 |
5 高压劈裂注浆围岩加固材料及技术装备研发 |
5.1 高压劈裂注浆围岩加固技术研发 |
5.1.1 高压劈裂间歇注浆技术 |
5.1.2 高压劈裂注浆参数控制 |
5.2 高压劈裂注浆装备研发 |
5.2.1 高压注浆泵研发 |
5.2.2 高压劈裂注浆封孔技术研发 |
5.3 注浆材料性能增强研究 |
5.3.1 速凝早强改性 |
5.3.2 超细化处理 |
5.3.3 纳米材料增强 |
5.3.4 工艺适应研究 |
5.4 本章小结 |
6 千米深井高压劈裂注浆技术工业性试验 |
6.1 试验巷道生产地质条件 |
6.1.1 地应力与围岩强度 |
6.1.2 围岩窥视 |
6.1.3 锚固力测试 |
6.2 高压劈裂注浆现场试验 |
6.2.1 高压劈裂注浆试验方案 |
6.2.2 高压劈裂注浆工艺流程 |
6.3 高压劈裂注浆围岩改性效果分析 |
6.3.1 注浆量数据统计 |
6.3.2 锚固力对比 |
6.3.3 注浆效果钻孔窥视 |
6.3.4 掘进揭煤取样 |
6.3.5 SEM细观形貌分析 |
6.4 本章小结 |
7 主要结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(3)侏罗系弱胶结软岩巷道变形失稳机制及应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 选题的背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 弱胶结软岩物理力学性质研究现状 |
1.2.2 弱胶结软岩巷道变形失稳机制研究 |
1.2.3 弱胶结软岩巷道支护理论与控制技术研究 |
1.3 研究现状评述及存在的问题 |
1.4 研究内容、方法与技术路线 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 研究方法和技术路线 |
2 弱胶结软岩物理力学特性与巷道宏观失稳特征研究 |
2.1 工程概况 |
2.2 岩体基本物理力学特性分析 |
2.2.1 试件选取和加工 |
2.2.2 岩石物理特性分析 |
2.2.3 岩石力学特性分析 |
2.3 巷道宏观失稳特征分析 |
2.3.1 顶板围岩离层特征 |
2.3.2 冒落区宏观失稳特征 |
2.3.3 巷道围岩宏观失稳原因分析 |
2.4 本章小结 |
3 弱胶结软岩本构模型与参数辨识研究 |
3.1 损伤力学理论基础 |
3.1.1 岩石损伤变量理论基础 |
3.1.2 岩石屈服准则 |
3.1.3 岩石损伤脆塑性损伤模型 |
3.2 弱胶结软岩本构模型建立 |
3.2.1 岩石损伤本构模型的建立 |
3.2.2 岩石损伤本构模型的参数确定 |
3.3 弱胶结软岩本构模型参数辨识及验证 |
3.3.1 岩石参数取值 |
3.3.2 Hoek-Brown参数辨识及对模型的影响 |
3.3.3 Weibull参数辨识及对模型的影响 |
3.3.4 残余强度对模型的影响 |
3.3.5 模型的验证 |
3.4 本章小结 |
4 弱胶结软岩巷道变形失稳机制力学分析 |
4.1 巷道顶板离层机理分析 |
4.1.1 巷道顶板岩梁内力分析 |
4.1.2 巷道顶板离层失稳原因 |
4.2 巷道顶板冒落力学分析 |
4.2.1 裂隙尖端应力场分析 |
4.2.2 复合断裂准则 |
4.2.3 巷道顶板裂隙扩展参数分析 |
4.2.4 巷道顶板失稳机制分析 |
4.3 本章小结 |
5 弱胶结软岩巷道围岩变形演化规律数值模拟分析 |
5.1 层理结构面对煤巷围岩稳定性影响 |
5.1.1 层理结构面对围岩应力场演化规律 |
5.1.2 层理结构面对围岩塑性区演化规律 |
5.1.3 层理结构面对围岩位移场演化规律 |
5.2 侧压力系数对巷道围岩稳定性影响 |
5.2.1 侧压力系数对围岩应力场演化规律 |
5.2.2 侧压力系数对围岩塑性区演化规律 |
5.2.3 侧压力系数对围岩位移场演化规律 |
5.3 断面形式对煤巷围岩稳定性影响 |
5.3.1 断面形式对围岩应力场演化规律 |
5.3.2 断面形式对围岩塑性区演化规律 |
5.3.3 断面形式对围岩位移场演化规律 |
5.4 本章小结 |
6 弱胶结软岩巷道变形失稳物理模拟 |
6.1 试验模型设计 |
6.1.1 试验目的 |
6.1.2 试验过程 |
6.2 试验结果对比分析 |
6.2.1 常规支护方案分析 |
6.2.2 第二种支护方案分析 |
6.2.3 对比分析 |
6.3 本章小结 |
7 弱胶结软岩巷道围岩控制及工程应用 |
7.1 巷道围岩控制技术研究 |
7.1.1 试验巷道工程概况 |
7.1.2 巷道围岩支护方案 |
7.2 试验巷道支护效果评价 |
7.2.1 矿压监测方案 |
7.2.2 支护方案评价 |
7.3 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 主要结论 |
8.2 主要创新点 |
8.3 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读研期间主要科研成果 |
(4)富碱性水弱胶结软岩巷道围岩控制机理与应用研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 主要研究内容与方法 |
1.4 主要创新点 |
2 碱性水作用下弱胶结软岩力学特性变化规律研究 |
2.1 弱胶结地层水文地质调研 |
2.2 水-岩作用实验方案与设计 |
2.3 碱性水作用下弱胶结软岩力学性质劣化规律 |
2.4 本章小结 |
3 碱性水作用下弱胶结软岩物理-化学-力学损伤演化机理研究 |
3.1 碱性水作用对弱胶结软岩物理特征影响研究 |
3.2 碱性水作用对弱胶结软岩水化学损伤机理研究 |
3.3 碱性水作用下弱胶结软岩损伤力学演化关系推导 |
3.4 本章小结 |
4 碱性水环境锚固系统失效机理与防治措施研究 |
4.1 锚固系统失效方式、腐蚀机理 |
4.2 不同支护构件及锚固体劣化特征及表征形式 |
4.3 锚固单元失效及围岩破坏形式研究 |
4.4 不同碱性水条件下锚固体防护措施研究 |
4.5 本章小结 |
5 富碱性水弱胶结软岩围岩分类及控制技术研究 |
5.1 巷道围岩地质环境分类及控制策略 |
5.2 考虑pH值、时间劣化效应及改进屈服准则下蠕变本构模型数值实现 |
5.3 不同pH值、不同腐蚀龄期下巷道变形破坏规律及支护对策 |
5.4 不同围岩分类下支护参数的确定 |
5.5 本章小结 |
6 富碱性水弱胶结软岩巷道围岩分类控制技术现场试验 |
6.1 试验区域概况 |
6.2 围岩控制方案 |
6.3 围岩稳定性监测与分析 |
6.4 本章小节 |
7 主要结论与展望 |
7.1 主要研究结论 |
7.2 进一步研究展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(5)弱胶结软岩深埋地层巷道支护设计与现场实测研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外支护理论研究现状 |
1.2.1 国外支护理论发展历史 |
1.2.2 国内软岩井巷研究现状 |
1.3 研究内容、研究方法 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 研究方法 |
2 水文与工程地质特征 |
2.1 矿井概况 |
2.1.1 矿井检查孔 |
2.2 地层与地质构造 |
2.2.1 地层 |
2.2.2 地质构造 |
2.3 含、隔水层地质特征 |
2.3.1 含水层地质特征 |
2.3.2 隔水层结构特征 |
2.3.3 地下水补给方式 |
2.4 含水层富水性与渗透性特征及其影响因素 |
2.4.1 不同含水层富水性与渗透性特征 |
2.4.2 影响不同含水层富水性与渗透性因素 |
2.5 工程地质特征 |
2.5.1 岩石矿物成分 |
2.5.2 岩石水理性质 |
2.5.3 岩石质量评价 |
2.6 本章小结 |
3 弱胶结软岩遇水软化控制机理 |
3.1 软岩巷道在富水层围岩的变形机制 |
3.1.1 软岩巷道围岩的变形规律 |
3.1.2 弱胶结软岩遇水软化破坏因素 |
3.2 水岩耦合对岩石力学性质影响 |
3.2.1 岩石水化形成的物理性质变化 |
3.2.2 岩石水化形成的化学变化 |
3.3 弱胶结软岩巷道遇水软化控制原理 |
3.3.1 弱胶结软岩遇水软化控制机理 |
3.3.2 遇水软化岩层巷道稳定性控制方法 |
3.4 锚梁网喷索联合支护作用机理研究 |
3.4.1 锚梁网喷索联合支护各构件作用 |
3.4.2 锚梁网喷索联合支护对围岩的控制作用 |
3.5 本章小结 |
4 泊江海子矿+803.5m辅助运输石门施工监测与支护结构优化 |
4.1 工程概况 |
4.2 巷道监测内容及方法 |
4.2.1 巷道监测断面及元件布置 |
4.3 巷道支护结构监测结果及分析 |
4.3.1 第一测站 |
4.3.2 第二测站 |
4.4 巷道支护结构设计优化 |
4.4.1 原支护结构设计方案 |
4.4.2 巷道支护设计优化原则 |
4.4.3 巷道支护优化方案 |
4.5 本章小结 |
5 泊江海子矿+803.5m辅助运输石门数值模拟与施工监测 |
5.1 支护方案模型建立 |
5.1.1 数值计算参数选取 |
5.1.2 几何模型建立 |
5.2 模型数值计算 |
5.2.1 地应力平衡 |
5.2.2 模拟结果及分析 |
5.3 支护优化后巷道施工监测 |
5.3.1 监测断面及元件布置 |
5.3.2 监测结果及分析 |
5.4 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读研期间主要科研成果 |
(6)多次返修扰动下巷道围岩的控制方案优化及工程实践(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 岩石亲水膨胀性研究现状 |
1.2.2 底鼓机理研究现状 |
1.3 主要研究内容与技术路线 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 研究方法与技术路线 |
2 岩石性质及围岩变形破坏机制分析 |
2.1 工程概况 |
2.2 北翼大巷的围岩性质分析 |
2.2.1 岩石矿物及微观结构分析 |
2.2.2 岩石力学及变形性质 |
2.2.3 亲水膨胀分析 |
2.3 北翼大巷围岩特征及变形破坏机制分析 |
2.3.1 原支护方案 |
2.3.2 巷道变形破坏情况 |
2.3.3 巷道围岩特征及变形破坏机制分析 |
2.4 本章小结 |
3 岩石亲水膨胀特性试验 |
3.1 吸水试验 |
3.2 膨胀性试验 |
3.2.1 自由膨胀率试验 |
3.2.2 侧限约束无轴向荷载下的膨胀率试验 |
3.2.3 膨胀应力试验 |
3.3 本章小结 |
4 巷道围岩变形破坏演化过程分析 |
4.1 巷道围岩变形破坏过程 |
4.2 巷道围岩变形量组成 |
4.2.1 不考虑时间因素 |
4.2.2 考虑时间因素 |
4.3 巷道底板力学分机 |
4.4 北翼大巷围岩变形控市措施 |
4.5 本章小给 |
5 巷道围岩控制方案优化 |
5.1 模型建立 |
5.2 数值模拟方案 |
5.3 数值模拟结果及分析 |
5.3.1 第一个试验段港道加固方案计算结果及分析 |
5.3.2 第二个试验段巷道加固方案计算结果及分析 |
5.4 本章小给 |
6 工业性试验与矿压观测 |
6.1 工业性试验 |
6.1.1 施工范围 |
6.1.2 工业性试验方案 |
6.2 矿压观测方案 |
6.3 观测结果分析 |
6.3.1 表面位移分析 |
6.3.2 反拱受力监狈组分板 |
6.3.3 钻孔窥视结果分析 |
6.4 本章小给 |
7 结论 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读研期间主要科研成果 |
(7)基于预应力锚和自应力注的裂隙岩体锚注加固机理研究与工程应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 注浆加固理论与应用研究现状 |
1.3 预应力锚注加固机理与应用研究现状 |
1.4 存在的问题 |
1.5 主要研究内容与技术路线 |
2 基于预应力锚和自应力注的裂隙岩体锚注加固机理 |
2.1 引言 |
2.2 基于预应力锚和自应力注的裂隙岩体锚注加固原理 |
2.3 裂隙岩体新型预应力锚注加固力学分析 |
2.4 浆液自应力对岩体的加固作用分析 |
2.5 预应力注浆锚杆锚固力学分析 |
2.6 本章小结 |
3 超细硅质自应力浆液膨胀性能与强度特征试验研究 |
3.1 引言 |
3.2 超细硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥性能研究 |
3.3 超细硅酸盐水泥浆液膨胀性能试验研究 |
3.4 超细硅质自应力浆液强度特征与微观分析 |
3.5 本章小结 |
4 基于预应力锚和自应力注的裂隙岩体锚注加固力学性能试验研究 |
4.1 引言 |
4.2 不同岩性裂隙岩体自应力浆液加固力学试验研究 |
4.3 裂隙岩体新型预应力锚注加固试验研究 |
4.4 裂隙参数对岩体注浆加固效果影响试验研究 |
4.5 本章小结 |
5 超细硅质自应力复合注浆加固材料试验研制 |
5.1 引言 |
5.2 浆液原材料分析 |
5.3 试验设计与试验方法 |
5.4 试验结果与分析 |
5.5 本章小结 |
6 工程应用与效果分析 |
6.1 引言 |
6.2 工程地质概况 |
6.3 巷道破坏机理分析与原支护方式评价 |
6.4 新型高强预应力注浆锚杆系统设计 |
6.5 基于预应力锚和自应力注的巷道锚注支护方案 |
6.6 工程应用效果评价与分析 |
6.7 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 主要创新点 |
7.3 研究展望 |
参考文献 |
作者简历 |
致谢 |
学位论文数据集 |
(8)深部松散煤体巷道流变机理研究及控制对策(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 选题背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 目前研究存在的不足 |
1.4 研究内容与方法 |
2 煤岩体参数反演的算法及模型 |
2.1 参数反演的意义及对象 |
2.2 支持向量机原理 |
2.3 天牛须算法原理 |
2.4 进化支持向量机(ESVM) |
2.5 煤岩参数反演的BAS-ESVM模型 |
2.6 本章小结 |
3 实验室构建等效松散煤体 |
3.1 典型松散煤层实际赋存状态 |
3.2 成型煤体等效于现场松散煤体的方法 |
3.3 原煤分筛与含水率测定 |
3.4 实验室成型煤体及样本构建 |
3.5 基于BAS-ESVM反演模型构建等效型煤 |
3.6 本章小结 |
4 松散煤体流变特性与模型研究 |
4.1 煤体试样单轴流变试验 |
4.2 流变特性试验结果与分析 |
4.3 松散煤体蠕变方程的建立 |
4.4 松散煤体流变模型参数辨识 |
4.5 本章小结 |
5 深部巷道松散煤体流变参数反演与机理分析 |
5.1 典型松散煤巷流变工程案例 |
5.2 基于BAS-ESVM模型的巷道煤体流变参数反演 |
5.3 流变参数反演结果分析 |
5.4 松散煤体巷道流变失稳演化机理研究 |
5.5 本章小结 |
6 高压旋喷加固松散煤体现场试验研究 |
6.1 高压旋喷注浆破煤与加固机理 |
6.2 高压水平旋喷扩孔成桩现场试验 |
6.3 试验结果与分析 |
6.4 本章小结 |
7 煤巷旋喷加固数值模拟研究 |
7.1 煤浆固结体物理力学性质测试 |
7.2 高压旋喷加固技术方案初步设计 |
7.3 旋喷加固巷道数值模型建立 |
7.4 旋喷加固控制巷道流变机理分析 |
7.5 旋喷加固技术方案优化及控制效果分析 |
7.6 支护方案的综合对比分析 |
7.7 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 创新点 |
8.3 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(9)喷涂柔膜在锚杆支护中的作用机理研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 当前研究存在的问题 |
1.4 研究内容与方法 |
2 典型喷膜材料的力学行为特征 |
2.1 材料的选择 |
2.2 拉伸力学行为特征 |
2.3 粘结测试 |
2.4 本章小结 |
3 喷膜对表层岩体的力学作用及原理 |
3.1 喷膜对完整岩样的作用效果 |
3.2 喷膜对松散岩样的作用效果 |
3.3 喷涂岩样抗压实验研究 |
3.4 喷涂岩样拉伸实验研究 |
3.5 本章小结 |
4 喷膜的隔离密闭作用及破坏机制 |
4.1 喷膜对泥岩的密闭作用研究 |
4.2 喷涂柔膜的壁面承压破坏机制 |
4.3 喷涂柔膜注浆壁面封闭的可行性验证 |
4.4 本章小结 |
5 喷膜与锚杆的协同作用效果与机制 |
5.1 喷涂柔膜护表的力学作用 |
5.2 喷膜的块体承载特性 |
5.3 锚杆支护体系下喷膜的护表效果 |
5.4 喷涂柔膜与锚杆的协同支护作用原理 |
5.5 本章小结 |
6 喷涂柔膜技术的评价及应用 |
6.1 喷涂柔膜的工程特性 |
6.2 喷膜与现有表面支护的比较 |
6.3 面向煤矿巷道的喷膜材料开发建议 |
6.4 施工工艺评价及装备开发 |
6.5 喷膜的适用性建议 |
6.6 喷涂柔膜技术的现场实践 |
6.7 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 主要创新点 |
7.3 存在的问题及展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(10)千米深井巷道围岩支护—改性—卸压协同控制原理及技术(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 选题意义 |
1.2 国内外研究概况—文献综述 |
1.2.1 深部高应力巷道围岩控制机理研究现状 |
1.2.2 锚杆支护机理研究现状 |
1.2.3 巷道围岩注浆改性机理研究现状 |
1.2.4 采动巷道水力压裂卸压机理研究现状 |
1.2.5 存在的问题 |
1.3 论文主要研究内容 |
1.4 论文研究方法与技术路线 |
1.4.1 研究方法 |
1.4.2 技术路线 |
第2章 千米深井巷道围岩大变形机理及协同控制方法 |
2.1 千米深井巷道地质力学条件及支护现状 |
2.1.1 试验巷道地质与生产条件 |
2.1.2 巷道原支护方案与状况 |
2.1.3 巷道支护存在的问题 |
2.2 巷道围岩物理力学特性研究 |
2.3 千米深井巷道围岩大变形数值模拟分析 |
2.3.1 数值模拟方案及参数 |
2.3.2 地应力对巷道围岩变形影响分析 |
2.3.3 围岩强度劣化对巷道围岩变形影响分析 |
2.3.4 工作面长度对巷道围岩变形影响分析 |
2.3.5 偏应力对巷道围岩变形影响分析 |
2.3.6 千米深井软岩巷道围岩大变形机理 |
2.4 巷道围岩控制方法确定 |
2.5 本章小结 |
第3章 巷道支护-改性-卸压协同控制相似材料模型试验研究 |
3.1 试验方案 |
3.1.1 试验工程背景 |
3.1.2 试验内容 |
3.1.3 试验方案 |
3.2 模型相似材料与参数 |
3.2.1 模型相似材料选取 |
3.2.2 支护-改性-卸压相似参数 |
3.3 大型高刚度可旋转采场相似模型试验系统 |
3.3.1 高刚度可旋转式承载框架 |
3.3.2 液压双向加载系统 |
3.3.3 伺服控制系统 |
3.3.4 多源信息监测系统 |
3.4 模拟方案与模型铺设 |
3.5 工作面开采矿压规律分析 |
3.5.1 工作面开采覆岩破断形态及位移变化规律 |
3.5.2 水力压裂对工作面回采覆岩断裂及裂隙分布的影响 |
3.5.3 工作面开采阶段拟开挖巷道围岩采动应力演化规律 |
3.5.4 工作面中部底板采动应力演化规律 |
3.6 锚杆锚索支护巷道相似材料模型试验结果分析 |
3.6.1 锚杆锚索支护方案模型内部应力分布规律 |
3.6.2 锚杆锚索支护方案模型底板应力演化规律 |
3.6.3 锚杆锚索支护巷道支护体受力变化规律 |
3.6.4 锚杆锚索支护巷道围岩裂隙场分布及变形规律 |
3.7 支护-改性-卸压协同控制巷道相似模型试验结果分析 |
3.7.1 支护-改性-卸压协同控制方案模型内部应力分布规律 |
3.7.2 支护-改性-卸压协同控制方案模型底板应力演化规律 |
3.7.3 支护-改性-卸压协同控制巷道支护体受力变化规律 |
3.7.4 支护-改性-卸压协同控制巷道围岩裂隙场分布及变形规律 |
3.8 本章小结 |
第4章 巷道支护-改性-卸压协同控制数值模拟研究 |
4.1 相似材料模型尺度下巷道支护-改性-卸压协同控制原理数值模拟 |
4.1.1 相似材料模型尺度下数值计算模型建立 |
4.1.2 工作面回采煤岩层应力及变形情况 |
4.1.3 千米深井巷道围岩受力变形及破坏特征 |
4.1.4 数值模拟与相似材料模型试验对比分析 |
4.2 井下工程尺度下巷道支护-改性-卸压协同控制原理数值模拟 |
4.2.1 井下工程尺度下数值计算模型建立 |
4.2.2 千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制原理 |
4.3 本章小结 |
第5章 巷道支护-改性-卸压协同控制技术研究 |
5.1 千米深井巷道锚杆承载特性 |
5.1.1 CRMG700 型超高强度高冲击韧性锚杆开发 |
5.1.2 锚杆蠕变试验及分析 |
5.1.3 锚杆拉、剪、扭、弯及冲击复合应力承载试验 |
5.2 高压劈裂注浆改性材料与技术 |
5.2.1 微纳米有机无机复合改性材料及性能 |
5.2.2 煤样注浆改性剪切力学性能试验研究 |
5.2.3 高压劈裂注浆改性井下试验 |
5.3 水力压裂卸压技术 |
5.3.1 水力压裂卸压机具与设备 |
5.3.2 水力压裂卸压工艺 |
5.3.3 压裂效果检测与评价 |
5.4 本章小结 |
第6章 巷道支护-改性-卸压协同控制井下试验 |
6.1 试验巷道支护-改性-卸压协同控制方案 |
6.2 千米深井巷道支护-改性-卸压协同控制井下实施 |
6.2.1 高预应力锚杆支护井下实施 |
6.2.2 超前高压劈裂注浆改性井下实施 |
6.2.3 水力压裂卸压井下实施 |
6.3 千米深井巷道围岩矿压监测与效果分析 |
6.3.1 井下矿压监测测站布置 |
6.3.2 巷道变形与支护结构受力监测与分析 |
6.3.3 一维采动应力监测与分析 |
6.3.4 三维采动应力监测与分析 |
6.3.5 工作面液压支架工作阻力变化分析 |
6.4 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
读博期间发表的学术论文与其他研究成果 |
四、粘土泥岩对巷道支护的影响及对策(论文参考文献)
- [1]泥质膨胀岩遇水弱化时效性分析及工程实践[D]. 曾冬艳. 安徽理工大学, 2021(02)
- [2]千米深井巷道高压劈裂注浆围岩加固机理与技术研究[D]. 张振峰. 煤炭科学研究总院, 2021(01)
- [3]侏罗系弱胶结软岩巷道变形失稳机制及应用研究[D]. 蔡金龙. 安徽理工大学, 2020(07)
- [4]富碱性水弱胶结软岩巷道围岩控制机理与应用研究[D]. 李辉. 中国矿业大学, 2020(01)
- [5]弱胶结软岩深埋地层巷道支护设计与现场实测研究[D]. 周建树. 安徽理工大学, 2020(04)
- [6]多次返修扰动下巷道围岩的控制方案优化及工程实践[D]. 史金伟. 安徽理工大学, 2020(07)
- [7]基于预应力锚和自应力注的裂隙岩体锚注加固机理研究与工程应用[D]. 张进鹏. 山东科技大学, 2020
- [8]深部松散煤体巷道流变机理研究及控制对策[D]. 孙元田. 中国矿业大学, 2020
- [9]喷涂柔膜在锚杆支护中的作用机理研究[D]. 魏群. 中国矿业大学, 2020
- [10]千米深井巷道围岩支护—改性—卸压协同控制原理及技术[D]. 姜鹏飞. 煤炭科学研究总院, 2020(08)