煤矿巷道支护中注浆加固的结构稳定性研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:skyforce2008
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随着矿山开采速度的不断提升和采深的增加,软岩巷道矿压控制与巷道维护成为矿业开采和岩石力学中的世界性难题之一,并成为影响矿区发展和矿井经济技术效益的主要因素之一。U型钢拱梁和锚网喷以及注浆联合支护是一种比较合理有效的支护方式。实际巷道工程中的地压和注浆加固过程中产生的集中力可能引起的支护结构失稳破坏。   本文从工程实际出发,以淮南谢一煤矿巷道支护结构为研究对象,展开了一系列研究工作,取得了以下有意义的研究成果。采用圆弧拱稳定性理论对简化圆弧拱结构在对称位置和任意位置径向集中力作用下的稳定性进行了理论分析研究,分别得到了对应这两种加载方式的失稳临界荷载解析解。利用有限元分析软件ANSYS的特征值屈曲分析、几何非线性分析和本文首次提出的瞬态分析方法,对圆弧拱结构的稳定性进行数值模拟,研究了对称位置和任意位置的径向集中荷载作用下的稳定性问题,并与理论分析进行对比,验证了理论分析的正确性,证明了瞬态分析可以用来进行结构稳定性分析。对U型钢拱梁以及U型钢拱梁和混凝土喷层三维组合结构在径向集中力作用下的稳定性进行了数值模拟。选取三维结构对称加载的最小失稳载荷及其最不利加载位置,经所有工况下的静强度分析表明,均满足强度要求。基于最小失稳临界荷载,利用Darcy渗流定律确定了注浆压力、注浆半径、注浆时间以及注浆量之间的关系,给出了在满足稳定性和强度条件下的实际注浆压力、注浆时间、注浆半径和注浆量及各相互关系。结合谢一矿实际工程,给出了合理的注浆方案。这些研究成果将为矿山工程中的巷道设计、支护加固以及维修等方面提供理论依据和指导。
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