深部复合顶板巷道变形机理及控制技术研究

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1、密级：公开中图分类号：TD353硕士学位论文深部复合顶板巷道变形机理及控制技术研究研究生：刘迅导师：王卫军教授学科：矿业工程研究方向：岩石力学与岩层控制2018年5月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterDeepcompoundroofroadwaydeformationmechanismandcontroltechnologyCandidate：LiuXunSupervisorandRank：Prof.WangWeijun深部复合顶板巷道变形机理及控制技术研究学位类型：学术型学位学科（专业学位类别）：矿业工程作者姓名：刘迅作者学号：15010101002

2、导师姓名及职称：王卫军教授实践导师姓名及职称：学院名称：资源环境与安全工程学院论文提交日期：2018年5月26日学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南

3、科技大学可以将本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和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要随着煤炭开采向深部进行，巷道所处的环境日趋恶化，复合顶板巷道由于所处应力环境复杂，巷道冒顶、帮部挤出、底板鼓起现象严重，对矿井安全高效开采产生较大的影响。本文依托国家自然科学基金重点项目“深部大变形巷道围岩破坏与稳定性控制研究”、国家自然科学基金“高应力厚层松软顶板煤巷围岩锚固失效稳定性控制研究”。综合前人的研究成果，采用理论分析、数值模拟、现场工程实践相结合的研究方法，针对曲江深部复合顶板巷道围岩变

4、形破坏特征，分析了深部复合顶板巷道围岩塑性区的形态、围岩变形规律和稳定性影响因素，探讨了锚杆对复合顶板的控制机理，进行了如下具体研究：（1）根据弹塑性理论，计算了复合顶板塑性区边界公式，设定了塑性区敏感性变化系数K，来表征侧压改变引起塑性区最大尺寸的变化的能力，复合顶板巷道的整体K值与巷道应力环境、岩性及其组合情况密切相关。（2）理论分析了复合顶板离层机理，提出岩层及弱面破坏、层间挠度差异及高水平应力是造成顶板离层的重要原因。通过对不同巷道形状、侧压系数、软弱薄夹层数量、巷道埋深等条件下围岩的塑性区以及变形情况分析复合顶板巷道围岩的稳定性，研究表明对围岩稳定性影响较小是巷道形状和软弱薄夹层

5、数量，对围岩稳定性影响较大的是巷道侧压系数和埋深。3D（3）通过理论分析和FLAC数值模拟分析了预应力锚杆的支护机理：预应力锚杆能显著的控制复合顶板浅部围岩的变形，但对围岩的应力场和塑性区改变较小，锚杆的作用在于维护巷道浅部塑性区内的岩石完整性，从而间接减小塑性区最大半径，支护阻力的增加能限制复合顶板的离层、张开和滑移，改善围岩浅部应力环境，维持巷道的稳定，但支护阻力无论怎么增加均存在一部分无法控制的给定变形。鉴于此，复合顶板巷道围岩稳定性控制需要考虑预留一定的空间以释放围岩的变形能，采用预应力锚杆（索）以及相关支护构件维护围岩浅部的整体性，从而减少巷道维护，保证正常生产。（4）根据深部复

6、合顶板变形破坏机理和锚杆控制原理，结合现场实践，提出考虑预留一定给定变形的“高强预应力桁架锚索+锚杆+锚网”联合支护，有效的保证307风巷在服务期内的正常安全生产。关键词：深部巷道；复合顶板；塑性区；锚杆；给定变形-i--ii-AbstractWiththedevelopmentofcoalminingtothedeeppart,theenvironmentoftheroadwayisdeteriorating.Duetothecomplexenvironment,theroadwayrooffall,theextrusionofthesideandthefloorareseriously

7、damaged,whichhasagreatimpactonthesafeandefficientminingofthemine.ThispaperreliesontheKeyNationalNaturalScienceFoundation"Deeproadwaysurroundingrockdeformationfailureandthestabilitycontrolresearch",theNationalNatu