【摘要】：巖巷底鼓是煤礦中司空見慣的巷道破壞現(xiàn)象,目前80%以上巷道的破壞是由于底鼓引起的。為了解決巷道底鼓問題,近幾十年來科技工作者們投入了大量的心血,開發(fā)了不少底鼓防治技術(shù)。然而,科技工作者們對底鼓機(jī)理的認(rèn)識也不完全一致,底鼓防治技術(shù)的工程應(yīng)用也并未都取得良好的效果。目前工程實踐表明,深部巷道底鼓頻現(xiàn)。為了更好地認(rèn)識底鼓和底鼓防治技術(shù),提高底鼓防治技術(shù)工程應(yīng)用的成功率,有必要對其開展力學(xué)研究。煤礦巖巷圍巖是由層狀巖層構(gòu)成,層理面、層面是其一大特點。本文采用巖石力學(xué)、材料力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)、對具有層狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育的底板進(jìn)行力學(xué)分析,探索底板的力學(xué)行為特點。在此基礎(chǔ)上,利用RFPA2D數(shù)值軟件對具有這種特點的巷道分析其在地應(yīng)力下的底鼓特征,探索底鼓的規(guī)律性。進(jìn)而依此,對目前廣泛應(yīng)用于工程的底鼓防治技術(shù)進(jìn)行力學(xué)分析,探討其防治底鼓的作用和局限性。通過研究,取得了如下成果:1.不論是自重應(yīng)力場還是構(gòu)造應(yīng)力場作用下,底板巖層受力復(fù)雜,是多種力的復(fù)合作用,其中水平應(yīng)力(平行于層理面)居主要地位。由不同層理構(gòu)成的底板尤如層合板,在單一應(yīng)力(拉壓剪)作用下會產(chǎn)生剝離、脫層、劈裂,而在復(fù)合應(yīng)力作用下,底板沿層理方向的脫開將更容易。2.層狀巖層巷道的底板在巷道開挖后原巖應(yīng)力進(jìn)行重分布,在底板巖層形成以強(qiáng)大水平應(yīng)力為主體的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài),層狀底板在強(qiáng)大水平應(yīng)力為主體的復(fù)合應(yīng)力作用下,出現(xiàn)沿層理面或?qū)永矸较虻呐�、剝離、脫開,形成薄板,并壓曲或褶曲破壞。層理發(fā)育的底板,沿層理脫開容易,因而底鼓強(qiáng)烈;層理不發(fā)育的底板,沿層理脫開不易,如果其沿層理方向的完整性好,則不易發(fā)生底鼓;只有當(dāng)作用于底板的應(yīng)力水平高時才能形成底鼓。3.RFPA2D數(shù)值模擬實驗表明,自重應(yīng)力場和構(gòu)造應(yīng)力場均能引起巖巷底鼓。在自重應(yīng)力場下,隨著原巖應(yīng)力水平的增大,巷道底板的破壞形狀由倒梯形向梨形發(fā)展,底板撓曲的深度范圍大;在構(gòu)造應(yīng)力場作用下,隨著原巖應(yīng)力水平的增大,底板破壞形狀由倒梯形向倒三角形發(fā)展,底板撓曲的深度范圍較自重應(yīng)力場小。雖然都有表現(xiàn)為倒梯形的情形,但自重應(yīng)力的倒梯形底邊遠(yuǎn)寬于構(gòu)造應(yīng)力場的。對于復(fù)合的原巖應(yīng)力場,則這種特征也呈現(xiàn)過渡特性。4.不同應(yīng)力場下底鼓的這種特性,可以輔助判定原巖應(yīng)力是屬于自重應(yīng)力場為主還是構(gòu)造應(yīng)力場為主。5.底鼓的防治,應(yīng)從削減作用于底板上的水平應(yīng)力、提高底板巖層的完整性(抗劈裂能力)角度考慮。目前的單一防治技術(shù)多只顧及其一,如底板錨桿、底板注漿等只顧及后者,而底腳錨桿(索)、切縫、樁則只起到前者作用,所以作用發(fā)揮受限�？芍貜�(fù)注漿技術(shù)兼顧兩者較好,性價比較高。6.應(yīng)力水平也是底鼓防治中的一個關(guān)鍵因素。RFPA2D數(shù)值模擬實驗表明,應(yīng)力水平對底鼓破壞區(qū)的形狀也產(chǎn)生影響,同時加重底鼓程度。應(yīng)力水平增高,底鼓破壞區(qū)范圍加深,目前的單一技術(shù)在削減作用于底板上的水平應(yīng)力、提高底板巖層的抗劈裂能力就顯現(xiàn)其缺陷(力不從心)�？芍貜�(fù)注漿技術(shù),由于可實現(xiàn)定期或不定期不斷給底鼓破壞的底板注入固化材料進(jìn)行底板加固,注漿管和其周圍的圍巖聯(lián)合構(gòu)成粗而起到削減作用于底板上的水平應(yīng)力作用,在防治巖巷底鼓方面具有良好的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD353

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本文編號：2771768