深部軟岩巷道讓壓殼損傷演化及其支護機理研究

《深部軟岩巷道讓壓殼損傷演化及其支護機理研究》是依託中國礦業大學，由李沖擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：深部軟岩巷道讓壓殼損傷演化及其支護機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李沖
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

深部軟岩巷道維護難易與讓壓殼構築參數、讓壓殼移動過程其強度衰減損傷演化、讓壓殼局部破壞補償支護強度與時機、預留讓壓空間軟介質充填層厚度、支護強度與時機等因素相關，合理確定讓壓空間以及軟介質充填層厚度、控制讓壓殼移動卸荷程度、及時補償支護，架設二次支護鋼架是套用讓壓殼解決深部軟岩巷道支護難題的關鍵。為此，本課題主要開展以下研究內容：（1）研究深部軟岩巷道圍岩流變特性，揭示深部軟岩巷道圍岩應力場演化特徵與變形破壞機理。（2）建立全長錨固預應力錨桿支護作用力學模型與數值計算模型，揭示短細密錨桿支護作用機理，為確定讓壓殼構築參數提供依據。（3）建立讓壓殼移動卸荷強度損傷模型，揭示讓壓殼移動卸荷本構關係及其強度衰減與損傷演化規律，研究讓壓空間緩衝與補償支護機理，確定讓壓殼構築參數、預留讓壓空間及軟介質充填層厚度、以及二次支護強度與時機，為研究深部軟岩巷道讓壓殼-鋼架耦合支護技術提供依據。

結題摘要

深部巷道圍岩控制問題一直困擾著我國煤礦安全高效生產，是亟待解決的科學技術問題之一。讓壓殼支護技術是控制該類巷道圍岩大變形的有效方法之一，但其缺乏完整的理論體系。項目採用實驗室試驗、理論分析、數值模擬及現場實測等方法，系統研究了深部巷道讓壓殼損傷演化及其支護機理，取得了以下研究成果： （1）進行了深部巷道圍岩結構特徵測試，以及煤岩力學參數測試分析，考慮不同斷面形狀、不同側壓條件，通過現場實測與數值計算，研究了深部巷道圍岩應力與變形規律，分析並得到了深部巷道圍岩應力場演化與變形破壞規律。 （2）進行了泥質粉砂岩三軸蠕變試驗，建立了泥質粉砂岩蠕變全過程的粘彈塑性蠕變模型，並推導出該蠕變模型的本構方程；採用FLAC3D軟體，分析並得到了深部巷道流變規律以及塑性區分布規律。 （3）建立了全長錨固預應力錨桿支護力學模型，推導出錨桿軸應力和剪應力計算式；推導出圍岩沿錨桿軸向、徑向和環向的應力計算式，分析並得到了預緊力、錨桿長度、直徑與錨桿軸應力和剪應力的關係；分析並得到了錨桿長度與預緊力對圍岩應力的影響規律。 （4）建立軟岩巷道讓壓殼支護圍岩力學模型，推導出讓壓殼支護圍岩釋放能量計算公式，分析並揭示了讓壓殼移動卸荷本構關係及其強度衰減規律，得到了讓壓殼支護強度與二次支架補償支護強度的關係，給出了讓壓殼厚度與支護強度及時機的確定方法。 （5）分析了深部巷道預留讓壓空間緩衝作用原理，採用Bonaitin-Thomson模型對巷道圍岩進行了力學分析，推導出預留讓壓空間的計算式，給出了預留讓壓空間的確定方法，分析並確定了二次補償支護強度與時機，揭示了預留讓壓空間緩衝與補償支護機理。 （6）結合曲江礦-850m東皮帶大巷工程地質條件，展開了現場工業性試驗。套用結果表明，採用讓壓殼-鋼支架耦合支護技術後，讓壓殼與外部鋼架協調支護效果良好，較好地控制了深部巷道圍岩有害變形，該技術方案簡單易行，可在類似條件下的深部巷道圍岩控制領域推廣套用。