高密陷落柱矿区松软破碎煤层巷道失稳破坏机理及控制研究

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1、万方数据分类号TD353．6UDC622学校代码密级公开博士学位论文高蜜．陷落柱砬。匡松熬破碎煤层巷道．失稳．破坯机理及控制砑究量瞳§曼魏l点甄。Qf．曼Q巍．曼置Qk曼魏。S呈餐熙．．RQ魏IIl鼎景X。F景il!曼r曼。M￡￡歉魏貔i§熙．施．M迪曼．．￡Qlk卫§金．￡．!QJ婴熙n．D￡魏甄]}y作者姓名范世兴指导教师张向东申请学位工学博士学科专业岩土工程研究方向环境岩土工程辽宁工程技术大学万方数据关于论文使用授权的说明本学位论文作者及指导教师完全了解逗室工捏撞本太堂有关保留、使用学位论文的规定，同意辽室工

2、程堇苤太堂保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密的学位论文在解密后应遵守此协议学位论文作者签名-趣兰；≥口／Q年‘月咖导师签0L、f万方数据致谢三年多的博士生活一晃而过，在论文完成之际，衷心的感谢给予我支持和帮助的老师、同学和亲人。本论文是在张向东教授的指导下完成的。首先向给予本论文悉心指导的张向东教授表示衷心的感谢。从论文的选题、撰写、定稿过程中，每一个环节都倾注

3、着恩师无数的心血。在张向东教授科研团队的六年里，不但丰富和提升了我的专业知识，而且多次参与项目使我能有机会得到历练，令我受益匪浅，同时也为本论文的撰写奠定了坚实的基础。张向东老师治学严谨、勤奋、积极乐观的生活态度为我树立了人生的典范。在此谨向张向东老师表示衷心的感谢和深深的敬意!感谢土木与交通学院的刘文生书记、张彬院长和杨逾院长在论文撰写过程中给予的指导，感谢地建系张树光老师、贾宝新老师、李永靖老师、兰常玉老师，交通土建系易富老师、戴成元老师在论文撰写过程中给予帮助和指正。感谢孙闯博士在论文写作过程中的指导和帮助!

4、在论文中，参考了大量的文献资料，向这些文献的作者表示感谢!感谢在百忙中审阅、评议本博士论文和出席博士论文答辩的各位专家、教授!最后，衷心感谢所有在我漫漫求学路上给予帮助、解惑和关心的老师、亲人和朋友们!万方数据摘要高密陷落柱矿区松软破碎煤岩巷道的支护问题是影响煤矿安全高效支护的首要问题。通过现场勘察方法获得高密陷落柱矿区松软厚煤层巷道围岩的变形规律及破坏特征，初步统计煤岩巷道破坏机理，并在现场选取典型试样，进行室内试验研究，获得煤岩基本物理力学特性和峰后软化特性；基于围岩评级系统获得现场围岩的力学参数，并结合连续介

5、质理论构建破碎煤岩体峰后应变软化数学模型，基于FLAC如为平台进行二次开发，构建三维数值模型，数值模拟分析高密陷落柱矿区松软破碎煤层巷道失稳破坏机理；通过超前地质预报方法获得复杂地质条件下陷落柱分布特征，通过注浆方法控制陷落柱对巷道顶板的危害；优化巷道断面形状，提出曲墙拱形巷道断面，并结合锚、网、喷、钢带等联合支护方法控制巷道围岩的位移发展；通过大量的现场监测，并结合BP神经网络算法，构建围岩位移预测数值模型；研究成果可为类似工程提供理论基础和关键技术支撑。通过研究获得的研究成果主要包括：(1)通过岩石单轴压缩试验

6、和三轴压缩试验获得煤岩强度参数及峰后力学模型，通过非线性拟合方法和梯度塑性理论，构建煤岩峰后应变软化模型。以连续介质理论和塑性理论为基础，结合围岩评级系统，获得破碎煤岩强度参数，并构建破碎煤岩体峰后应变软化模型，为深入研究破碎煤岩巷道失稳破坏机理奠定基础。(2)利用大型有限差分软件FLAC3D对大巷开挖支护过程进行数值模拟，分析破碎煤岩巷道变形破坏特征规律，并对破坏机理进行分析；通过数值计算巷道围岩在无支护、锚网联合支护和锚喷网联合支护3种支护方式时，松软破碎围岩巷道的变形趋势和应力场演化规律。(3)利用便携式矿井

7、地质探测仪对皮带大巷的矿井地质构造及煤层赋存情况进行超前地质探测，了解了皮带大巷迎头前方地质构造并确定陷落柱范围，实施皮带大巷超前预注浆方案。(4)利用锚杆测力计和全站仪对轨道大巷的锚杆实际受力状态和巷道围岩收敛变形进行动态监测并利用BP神经网络技术建立轨道大巷巷道变形预测的BP模型，进行松软破碎巷道变形预测分析。(5)结合巷道实际情况，进行现场工业性试验，设计断面形状和尺寸，制定合适的支护参数，编写相应的施工组织并进行了经济效益与社会效益分析。关键词：松软煤层；陷落柱；软岩；超前锚杆；超前注浆破碎带万方数据Abs

8、tractCollapsecolumndensityofcoalminesoftrockroadwaybrokensupportisatoppriorityissuesaffectingtheefficientsupportofCoalMineSafety．SitesurveymethodWaSadopteddensitysoftthickcoalminec