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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

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