深井巷道围岩锚固体流变特性及控制原理研究

来源 :河南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiebf1985
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随着矿井开采深度增加,煤岩体软化与时效性凸现,促进围岩锚固体流变稳定成为深井巷道支护难题。本文针对深井巷道锚杆(索)支护参数与围岩锚固体流变失稳的关系,开展了深井巷道围岩锚固体流变特性及控制原理的研究。主要研究内容包括:实验分析无锚与锚固试件的蠕变特性,给出锚固体流变基本概念;现场实测深井巷道围岩锚固体流变特性,提出深井巷道围岩锚固体流变稳定性研究本质;确定巷道围岩锚固体流变本构模型,解析其流变力学特性,建立深井巷道围岩锚固体流变控制简化模型;对锚固试件基本流变参数进行反演,分析深井巷道围岩锚固体流变控制主要影响因素,力学求解深井巷道围岩锚杆(索)支护流变控制参数,提出深井巷道围岩锚固体流变控制原理;通过理论计算、数值模拟与现场试验,验证流变控制参数计算正确性。  首先,运用相似模拟实验方法,在 RMT-150B伺服试验机及 RLW-2000三轴流变仪上分别完成了不同配比无锚试件强度实验及无锚、锚固试件蠕变特性实验,提出了深井巷道围岩锚固体流变基本概念四个组成部分;现场实测了不同应力水平与不同锚杆支护参数条件下巷道围岩锚固体流变基本特性,分析了围岩锚固体流变失稳原因,提出了深井巷道围岩锚固体流变稳定性研究本质。  其次,通过对巷道围岩锚固体室内蠕变实验及现场流变实测的综合分析,确定了巷道围岩锚固体三种流变本构模型,求解了H-K-B锚固体模型、M-K-B锚固体模型及 K-B-B锚固体模型的流变力学特性;建立了三种深井巷道围岩锚固体流变控制简化模型;进而根据锚固参数需要,确定了深井巷道无锚围岩时变“三区”范围,并推导出了深井巷道围岩锚固体流变碎裂半径。  最后,基于锚固体流变本构方程及流变控制简化解析,对锚固试件蠕变实验基本流变参数进行了反演,分析了锚固厚度、断面尺寸、加锚弹模及应力水平对巷道围岩锚固体流变稳定性影响,提出了深井巷道围岩锚固体流变控制原则、控制模式及控制方法,力学求解了深井巷道围岩锚固体流变稳定性控制参数,提出了深井巷道围岩锚固体流变稳定性控制原理;确定了深井巷道预留断面强力锚杆-锚索协调支护方案,并进行了理论计算、数值模拟与现场试验。结果表明:巷道围岩锚固体经历60~80 d后基本趋于稳定,巷道收敛均值小于200 mm,围岩稳定,支护效果显著。
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