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《太原理工大学》 2010年
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高强度开采条件下巷道稳定性研究

王永强  
【摘要】: 在我国的能源结构中,煤炭能源在可预见的时期内仍将占据主导地位。大采高超长工作面的研究和推广应用,不仅有利于工作面单产提高,而且能减少巷道掘进率和维护强度。在近年的快速推进高产高效工作面开采实践中,人们注意到工作面开采速度即时间因素对开采力学响应及破坏的影响问题,也即存在时间因素对地下工程围岩的变形及强度的影响作用。因此,研究采动影响下回采巷道围岩变形特点,对于正确认识综采条件下岩层的运动规律,深入研究巷道变形与回采速度之间的关系,促进安全生产,降低生产成本具有重要的现实意义。本文主要做了如下研究工作: (1)比较全面地介绍了流变力学的研究方向、研究内容、影响因素等,总结出岩石工程流变学的主要研究方向主要包括蠕变、应力松弛、长时强度、弹性后效和滞后效应等。对开尔文模型、麦克斯韦尔模型、鲍埃丁—汤姆逊模型、伯格斯模型、粘塑性模型、粘弹塑性模型等流变组合模型的蠕变、松弛等进行了理论分析。 (2)分析了巷道围岩的流变特性和时效特性,总结出巷道围岩流变变形的主要影响因素包括岩石材料本身所具有的粘性性质、岩石材料受到的应力水平和加载方式、温度湿度和赋存环境等。在回采引起的巷道变形中,回采引起的支承压力是主要因素。回采速度对围岩应力场的影响主要体现为:回采速度的不同影响了围岩应力转移过程的完整程度;回采速度的不同造成了单位时间开采截深的变化,从而影响了围岩的截深加卸载过程以及加载速率的变化;回采速度的不同对岩石蠕变时间也有一定的影响,从而影响了岩石的变形及应力分布。 (3)采用四元件伯格斯流变模型对上湾矿51101工作面回采巷道围岩变形进行了流变特性分析。 (4)利用FLAC3D中提供的Burgers蠕变粘塑性模型进行数值模拟,得到不同回采速度情况下巷道围岩的变形—时间曲线。通过对数值模拟结果的分析得出回采速度越快,围岩变形量越小。在工作面支承压力影响范围以外巷道围岩的变形主要由是由岩石的蠕变起作用;当巷道开始受支承压力影响时,围岩变形急剧增加,此时围岩的变形主要因素为工作面的超前支承压力,岩石的蠕变因素退居到次要地位。在相同的条件下,回采速度越慢,巷道围岩应力作用时间越长,变形量越大。 (5)通过上湾矿51101工作面实测位移—时间曲线与数值模拟结果对比分析得出巷道位移各观测点的位移—时间曲线与模拟情况基本相符,能够真实反映模拟对象。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TD325

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