《深井軟岩巷道圍岩時效損傷機理與支護回響特徵研究》是依託中國礦業大學，由張凱擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：深井軟岩巷道圍岩時效損傷機理與支護回響特徵研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張凱
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
深井軟岩巷道持續損傷破壞是我國東部礦區巷道支護面臨的主要問題之一，目前仍沿用淺部巷道支護方法，部分巷道經數次返修仍持續變形，威脅安全生產，亟需進行高應力下已損傷軟岩的時效損傷和支護結構支護機理研究，為巷道支護設計提供理論支撐。首先，進行損傷狀態可控的煤岩流變損傷耦合試驗，揭示煤岩損傷與其流變相互作用規律，建立能反映煤岩流變損傷耦合特徵的本構模型及數值分析方法；其次，改進鑽孔彈模儀，對巷道圍岩在開挖和開採擾動下的損傷演化進行現場測試，結合鑽孔聲波儀和鑽孔成像系統對圍岩內部裂隙發育情況的探測結果和理論模型分析結果，揭示圍岩損傷時效演化機理；同時，利用自行研製的錨桿無損檢測儀和應變感測器等檢測錨桿(索)和U型鋼支架等支護結構的受力變化，依此分析圍岩損傷演化和不同支護結構回響特徵的相互關係；最後，通過數值分析研究不同支護條件下深井軟岩巷道開挖瞬時及長期穩定性，根據巷道服務年限提出支護方案和參數。
結題摘要
隨著煤炭資源開採逐步向深部發展，所面臨的地質環境也變的更為複雜，巷道圍岩體往往表現出大變形、持續流變等特徵。特別地，對於開挖後圍岩內具有一定初始損傷的岩體，在長期荷載作用下更易發生時效變形和破壞，給巷道支護和維護帶來極大困難，給煤礦安全生產帶來嚴峻的挑戰。鑒於此，首先開展了考慮岩石初始損傷效應的蠕變試驗，構建相應的蠕變損傷模型；然後，基於構建的蠕變損傷模型採用數值模擬的方法，分析了不同支護條件下考慮圍岩初始損傷效應的軟岩巷道時效變形規律及損傷演化特徵；最後，設計新型具有柔性承載板的鑽孔彈模儀用以現場測定圍岩損傷區範圍，並最終提出基於圍岩損傷區定量測定的巷道動態支護設計方法。主要成果如下：（1）對砂岩開展考慮初始損傷效應的蠕變試驗，研究初始損傷以及圍壓對砂岩蠕變變形、蠕變速率和蠕變破壞應力的影響，並基於試驗結果，提出了考慮初始損傷效應的非線性蠕變損傷力學模型，這一模型能夠很好的反映出蠕變三階段的特徵，並且能夠表示初始損傷對蠕變破壞應力閾值的影響；（2）利用建立的非線性蠕變損傷模型，對不同支護條件下考慮圍岩初始損傷效應的軟岩巷道時效變形特徵及損傷演化規律進行分析，得到了不同支護結構對巷道長期穩定性的影響；（3）為了定量評價開挖後圍岩的損傷狀態及損傷區範圍，設計了具有柔性承載板的新型鑽孔彈模儀，並對其測試原理進行理論分析，對其可靠性進行試驗驗證，結果表明所研發的新型鑽孔彈模儀測試結果不需要修正，適應性強。結合鑽孔彈模測試技術，提出以現場岩體彈性模量為基礎的圍岩損傷區定量評價方法，用以評價區域地質條件，在現場取得了較好的套用效果。（4）利用設計的新型鑽孔彈模儀，並結合圍岩損傷區定量評價方法，提出了基於圍岩損傷區定量評價的動態支護設計方法，並在海孜煤礦開展了工程實踐。現場支護效果表明，本文所提出的動態支護設計方法，能依據地質條件動態調控支護結構，有效控制軟岩巷道圍岩的穩定性。
