【摘要】：當巷道穿過礦巖接觸帶時,巖體應力平衡狀態(tài)受到擾動,造成應力場重新分布。由于不同巖體應力場分布特征的差異,接觸帶兩側巖體產(chǎn)生不協(xié)調變形,導致巷道頂板變形破壞甚至失穩(wěn)。因此,研究礦巖接觸帶巷道頂板應力場分布特征,掌握其變形破壞規(guī)律,是保障巷道安全穩(wěn)定的基礎。依托國家自然科學基金項目“接觸帶巷道非協(xié)調變形破壞機理及控制原理研究(51574183)”,采用理論分析、數(shù)值模擬、實驗室試驗和現(xiàn)場試驗,對礦巖接觸帶巷道頂板變形破壞規(guī)律及穩(wěn)定性評價開展了系統(tǒng)研究。開展礦巖接觸帶復合巖體試件單軸壓縮聲發(fā)射試驗研究,獲取基本力學參數(shù),分析了相似材料強度比值、體積占比對復合巖體試件變形破壞的影響;基于復合巖體試件破壞情況,定義了裂紋長度擴展因子,以聲發(fā)射事件計數(shù)變化進行驗證,表征出復合巖體試件變形破壞的三種形態(tài)。采用軸對稱問題圓柱坐標平衡微分方程,構建了復合巖體試件徑向和環(huán)向應力關系式,計算了復合巖體試件接觸面應力變化與彈性模量比值和接觸面角度的關系。研究表明復合巖體試件接觸面徑向應力和環(huán)向應力隨彈性模量比值的增大而減小,隨接觸面角度的增大而減小,為接觸帶巷道頂板變形破壞主要影響因素選取提供了依據(jù)。利用數(shù)值模擬方法,分析了礦巖強度差異、接觸面角度及埋深等主控因素對礦巖接觸帶巷道圍巖應力分布、頂板沉降變形及圍巖塑性區(qū)分布的影響,揭示出礦巖接觸帶巷道頂板沉降變形沿走向具有明顯的區(qū)域性特征。運用相似理論,構建了大冶鐵礦礦巖接觸帶巷道物理相似模擬試驗模型,設計了沿巷道走向與礦巖接觸面對稱布置應變位移計的監(jiān)測方案,揭示出鄰近巷道開挖增大了接觸帶巷道兩側巖體的不協(xié)調沉降變形程度。對大冶鐵礦礦巖接觸帶巷道進行現(xiàn)場監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)接觸帶巷道大理巖側頂板沉降量和沉降速率大于鐵礦側頂板沉降量和沉降速率。相似模擬和現(xiàn)場監(jiān)測試驗結果的一致性,驗證了礦巖接觸帶巷道頂板沉降變形規(guī)律的可信性。對大冶鐵礦接觸帶巷道進行現(xiàn)場調查和統(tǒng)計分析,歸納出礦巖接觸帶巷道頂板變形破壞的基本類型與特征。結合巷道開挖后巖體應力集中和轉移的現(xiàn)象,基于剪應力強度理論,闡述了礦巖接觸帶巷道頂板巖體發(fā)生剪切破壞的演化機理。構建礦巖接觸帶巷道頂板巖梁力學模型,對礦巖接觸帶巷道頂板結構進行力學分析,推導了接觸帶巷道頂板沉降量表達式。研究揭示礦巖接觸帶巷道頂板變形破壞是剪切應力和壓應力共同作用的結果,為礦巖接觸帶巷道頂板變形破壞規(guī)律提供了理論解釋。針對接觸帶巷道穩(wěn)定性評價的不確定性,基于未確知測度理論,進行接觸帶巷道穩(wěn)定性評價指標分級,建立單指標測度函數(shù),構建了接觸帶巷道穩(wěn)定性未確知測度評價模型。以大冶鐵礦尖林山礦巖接觸帶巷道為樣本,運用所構建模型開展了穩(wěn)定性評價,評價結果與礦山實際吻合。未確知測度評價模型對礦巖接觸帶巷道穩(wěn)定性評價具有較好的適用性,為礦巖接觸帶巷道穩(wěn)定性評價提供了新的思路。礦巖接觸帶復合巖體力學特征、巷道頂板沉降變形規(guī)律和基于未確知測度理論的巷道穩(wěn)定性評價模型等關鍵問題的系統(tǒng)研究,有效揭示了礦巖接觸帶巷道頂板變形破壞規(guī)律,提出了適用于礦巖接觸帶巷道的穩(wěn)定性評價方法,為礦巖接觸帶巷道頂板穩(wěn)定性控制與治理提供了理論支撐和工程實踐指導。
【學位授予單位】：武漢科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD322.1

【參考文獻】

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本文編號：2696158