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《辽宁工程技术大学》 2009年
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水岩耦合作用下软岩巷道变形机理及其控制研究

李刚  
【摘要】: 软岩巷道的围岩控制问题一直困扰着我国煤矿安全、高效生产,是亟待解决的科学技术问题之一。在地下水作用下,巷道围岩变形速度加剧、变形量增大,流变性更加显著,给矿井的安全生产带来了极大的隐患。因此,探索水作用软岩变形机理和围岩控制理论具有重要的理论意义和现实意义。本文在综述前人相关研究成果的基础上,围绕“水岩耦合作用软岩巷道失稳机理及其控制方法”这一中心课题进行了深入的研究。 主要研究工作及其成果如下: (1)通过对软岩在不同浸水状态下的物理力学参数测试,获取了软岩在水’作用下的强度和弹性参数的软化规律。分别进行了软岩浸水效果的宏观表象观测试验、水对软岩单轴抗压强度及全程应力应变曲线影响的试验、水对软岩弹性模量影响的试验研究和浸水时间对软岩软化规律影响的试验; (2)研究了水对软岩蠕变特性的影响。利用SJ-1B三轴仪进行了水岩耦合作用下软岩蠕变实验,分别研究了含水率和孔隙水压力对软岩蠕变特性的影响; (3)根据实验室测试结果,选取改进的西原蠕变模型来描述水岩耦合作用软岩巷道围岩的蠕变行为。为了有效克服常规最小二乘法在蠕变模型参数识别时遇到的初值问题,基于Matlab平台编写了基于模式搜索理论的最小二乘优化算法,对该蠕变模型进行了参数识别; (4)利用Visual Studio 2008开发了西原模型xiyuan.dll,并将其嵌入FLAC3D软件的蠕变模型库,实现了利用该模型对软岩蠕变行为的数值模拟; (5)建立了岩石应力场和渗流场耦合作用下的流固耦合蠕变数学模型,利用FLAC3D调用xiyuan.dll和流固耦合模块对该数学模型进行了数值求解,模拟了水岩耦合作用软岩巷道围岩蠕变变形特征及其控制效果; (6)软岩巷道变形失稳机理的复杂性决定了软岩巷道控制方法的多样性,综合考虑软岩巷道所处的围岩特性、地质环境和水环境等因素,提出了利用喷浆隔离水、注浆防堵水和控制软岩蠕变的复合支护形式相结合的水岩耦合作用软岩巷道控制方法; (7)以红庙煤矿六采区回风总排和六区皮带下山掘进工作面为工程背景,利用本文的研究成果,进行了围岩控制方案设计和现场工业试验,验证了方案的可行性。
【学位授予单位】:辽宁工程技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TD353

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 刘海源;蒲河矿软岩巷道围岩控制机理及协调支护技术研究[D];中国矿业大学(北京);2013年
2 袁越;沙吉海矿区中生代砂砾层特性及其支护对策[D];中国矿业大学(北京);2013年
3 刘国磊;钢管混凝土支架性能与软岩巷道承压环强化支护理论研究[D];中国矿业大学(北京);2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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1 周扬;红庙矿高应力软岩巷道联合支护研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
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【共引文献】
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5 盛建红;廖文景;李伟明;;高山石膏矿井下矿柱安全系数计算及分析[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
6 刘鹏博;李路;姚永超;明世祥;;基于矿岩性质模糊聚类分析的巷道分级支护研究[A];2011年中国矿业科技大会论文集[C];2011年
7 王超;赵自豪;陈世江;伍永平;;西部深井软岩巷道围岩变形失稳的FLAC数值分析[A];2011年中国矿业科技大会论文集[C];2011年
8 祝令锦;张春香;;开采上限巷道锚网索联合支护施工技术探讨[A];第七次煤炭科学技术大会文集(上册)[C];2011年
9 吴吉南;张德琦;;陷落柱内辅运大巷膨胀地压治理技术探讨[A];第七次煤炭科学技术大会文集(上册)[C];2011年
10 亓荣强;;弱胶结软岩巷道支护实践与合理支护形式探讨[A];第七次煤炭科学技术大会文集(上册)[C];2011年
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1 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
2 赵同彬;深部岩石蠕变特性试验及锚固围岩变形机理研究[D];山东科技大学;2009年
3 陈绍杰;深部条带煤柱长期稳定性基础实验研究[D];山东科技大学;2009年
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7 张华;冲击荷载作用下岩石动态损伤特性研究[D];昆明理工大学;2009年
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1 潘少杰;新安煤田瓦斯赋存规律与突出区域预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
2 桑培淼;注水强化松软煤壁稳定性的规律及工艺参数研究[D];河南理工大学;2010年
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5 尚群;赵庄矿3#煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究[D];河南理工大学;2010年
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【同被引文献】
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1 吉小明;王宇会;;隧道开挖问题的水力耦合计算分析[J];地下空间与工程学报;2005年06期
2 王同华;韩选江;钱志华;;隧道工程中渗流引起的渗漏问题分析[J];地下空间与工程学报;2008年03期
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7 梅惠;胡道华;陈方明;李中强;赵锦慧;;武汉阳逻砾石层砾石统计分析研究[J];地球与环境;2011年01期
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1 樊克恭;巷道围岩弱结构损伤破坏效应与非均称控制机理研究[D];山东科技大学;2003年
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1 向贤礼;砂卵石地基的勘测方法与承载力研究[D];中南大学;2005年
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【二级引证文献】
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1 曲广龙;钢管混凝土支架结构抗弯性能研究及应用[D];中国矿业大学(北京);2013年
【二级参考文献】
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3 胡斌;深切峡谷区大型地下洞室群围岩稳定性的动态数值仿真研究[D];成都理工大学;2002年
4 陈沅江;岩石流变的本构模型及其智能辨识研究[D];中南大学;2003年
5 万玲;岩石类材料粘弹塑性损伤本构模型及其应用[D];重庆大学;2004年
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7 杨圣奇;岩石流变力学特性的研究及其工程应用[D];河海大学;2006年
8 袁海平;诱导条件下节理岩体流变断裂理论与应用研究[D];中南大学;2006年
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1 马士进;软岩巷道围岩扩容软化变形分析及模拟计算[D];辽宁工程技术大学;2002年
2 吴建兵;软岩隧道快速掘进中变形预测及支护方案优化的研究[D];武汉理工大学;2003年
3 尹士献;厚黄土覆盖层村镇下条带开采研究[D];西安科技大学;2004年
4 王小平;软岩巷道流变分析及应用[D];山东科技大学;2004年
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9 张明杰;高应力软岩巷道失稳原因分析与联合支护技术[J];建井技术;2002年05期
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3 陈月娥;杨桂枝;;汾西柳湾煤矿软岩巷道稳定性的光弹模拟实验研究[A];第四届全国工程地质大会论文选集(三)[C];1992年
4 尹润生;刘宝振;;软岩巷道合理支护参数理论分析与研究[A];安全高效矿井建设与开采技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2010)[C];2010年
5 王文中;;金山店铁矿高岭土化软岩巷道稳定性分析与成巷关键技术研究[A];2010全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C];2010年
6 薛忠臻;张海荧;;龙口矿区软岩巷道运动状态模型的建立及其应用[A];第六届全国采矿学术会议论文集[C];1999年
7 闫光准;杨相海;张杰;冯耀挺;;崔家沟煤矿软岩巷道变形破坏机理及支护研究[A];安全高效矿井建设与开采技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2010)[C];2010年
8 李晓龙;;水患软岩巷道围岩控制技术研究[A];西部矿山建设工程理论与实践[C];2009年
9 张宏;;开滦东欢坨井田软岩巷道破坏机理探讨[A];中国煤炭学会第六届青年科技学术研讨会论文集[C];2000年
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1 范振峰;岱庄矿夹心支护撑起软岩巷道[N];中国煤炭报;2010年
2 记者 于德福 屈金星;煤炭工业十大科技成果面世[N];中国矿业报;2002年
3 记者 博尔姬·塔娜 通讯员 庞海运 王玉峰;榆树井煤矿软岩支护技术 试运行成功[N];内蒙古日报(汉);2010年
4 通讯员 邓书珩 吴小东;风水沟煤矿锚网支护科研项目取得预期效果[N];赤峰日报;2010年
5 本报记者 范宁 通讯员 孙传报 王印河;冀中能源邢东矿 “大地压支护”撑起千米深井[N];河北经济日报;2011年
6 李静;纵论煤矿安全高效开采[N];中国矿业报;2010年
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1 孟德军;杨庄矿软岩巷道钢管混凝土支架支护理论与技术研究[D];中国矿业大学(北京);2013年
2 李青海;查干淖尔一号井软岩巷道失稳机理及其控制研究[D];中国矿业大学(北京);2013年
3 李冲;软岩巷道让压壳—网壳耦合支护机理与技术研究[D];中国矿业大学;2012年
4 王波;软岩巷道变形机理分析与钢管混凝土支架支护技术研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
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6 王永岩;软岩巷道变形与压力分析控制及预测[D];辽宁工程技术大学;2001年
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8 康钦容;缓斜煤层群采动影响下底板软岩巷道围岩稳定性控制[D];重庆大学;2011年
9 刘海源;蒲河矿软岩巷道围岩控制机理及协调支护技术研究[D];中国矿业大学(北京);2013年
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1 张虎伟;软岩巷道联合支护设计及三维数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2012年
2 何峰华;鑫安煤矿破碎软岩巷道控制技术[D];山东科技大学;2011年
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5 李兵;软岩巷道综合支护技术研究[D];太原理工大学;2013年
6 孔令辉;弱胶结软岩巷道围岩稳定性分析及支护优化研究[D];山东科技大学;2011年
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9 卢萍;热—流—固耦合条件下软岩巷道压力与变形的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 王小庆;矿山软岩巷道中拱形支架的受力分析及其应用[D];西安科技大学;2011年
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