軟弱夾層對錨桿支護巷道頂板離層失穩規律的研究

《軟弱夾層對錨桿支護巷道頂板離層失穩規律的研究》是依託中國礦業大學，由李桂臣擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：軟弱夾層對錨桿支護巷道頂板離層失穩規律的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李桂臣
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

頂板軟弱夾層對錨桿支護巷道的危害十分嚴重，由此帶來的支護難題和安全問題在煤礦普遍存在。項目針對煤礦巷道特殊的軟弱夾層頂板條件，利用實驗室典型岩樣組分測定、岩體結構的細觀分析、相似材料物理模擬和FLAC3D數值計算等方法研究軟弱夾層的自身特性，如岩性組成、厚度、層位及周邊應力環境擾動等因素對錨桿支護巷道頂板離層失穩的影響程度，重點研究動載條件下軟弱夾層層位與遇水條件下極易泥化軟弱夾層頂板巷道離層失穩特徵，揭示軟弱夾層導致錨桿支護巷道頂板離層甚至失穩垮冒的規律，結合典型軟弱夾層頂板條件下精細的現場鑽孔窺視與詳細礦壓觀測，建立軟弱夾層頂板的岩體結構力學模型，通過理論分析得到有效控制軟弱夾層頂板巷道的機理和手段，提高該類巷道的安全可靠性與支護效果，為同類巷道條件支護提供理論和技術指導。

結題摘要

煤礦巷道頂板軟弱夾層賦存廣泛，主要由厚度不超過300 mm的薄層泥岩、煤線、裂隙帶或節理等岩體構成，其對錨桿支護巷道頂板的危害十分嚴重，由此產生的支護難題和安全問題在煤礦普遍存在。通過項目研究，建立了頂板含軟弱夾層巷道圍岩結構的力學模型，揭示了典型軟弱夾層頂板結構在多重因素影響下的離層失穩規律，形成了針對軟弱夾層巷道頂板結構安全可靠的控制機理與對策，為煤礦巷道的安全掘進提供了理論和技術指導。通過開展實驗室軟弱夾層物理化學及力學特性實驗，研究確定了其自身物理性質、組分、力學特徵。結合現場細觀岩體結構探測，全面掌握了軟弱夾層頂板巷道微觀結構和巨觀結構特徵，並對軟弱夾層巷道不同圍岩結構力學模型進行分析計算，闡明了軟弱夾層基本物理力學性質特別是層位對巷道穩定性影響的基本規律。開展了軟弱夾層頂板條件下煤岩層間受力與變形理論研究，提出了對應的本構方程。利用數值計算方法分析了不同斷面形狀、應力條件下巷道頂板失穩破壞特徵。建立軟弱夾層巷道圍岩結構力學模型，結合實驗室大尺度三軸相似材料物理模擬試驗，研究了軟弱夾層不同厚度及其位於頂板不同層位時錨桿支護巷道頂板離層失穩機理，主要包括軟弱夾層位於錨桿錨固區內(煤礦常用錨桿長度)、錨桿錨固區邊緣和錨桿錨固區外三種不同位置時頂板離層甚至失穩的試驗研究，重點揭示了動載作用下頂板離層失穩垮冒規律。通過實驗室泥化岩體力學性能測試，分析了極易泥化軟弱夾層的泥化過程和特徵，藉助數值計算揭示了軟弱夾層巷道遇水泥化及其它多重因素對錨桿支護類巷道錨固失效與頂板離層失穩垮冒的規律。確定了10個影響軟弱夾層頂板巷道安全性的因素，提出了軟弱夾層頂板巷道安全因子AQ的概念與一種新的含軟弱夾層頂板巷道安全評價可拓模型，該模型可對實際生產礦井軟弱夾層頂板巷道安全狀況進行5級評價，從而為控制對策提供理論依據。編制了軟弱夾層頂板巷道安全狀況的VB程式判定軟體。 提出了包括錨桿支護承載性能強化、巷道破裂圍岩體強度強化和圍岩承載結構強化的“三位一體”組合強化控制原理與對策，在淮北礦區蘆嶺煤礦II84迴風上山工程實踐中取得成功。項目研究期間，課題組成員獲有關獎勵8項，出版專著1部，發表學術論文20篇(EI檢索12篇，ISTP檢索1篇，錄用2篇，其他5篇)，授權專利8項，畢業博士2名、碩士8名，參加學術會議13次。