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《中国矿业大学》 2011年
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沿空巷道窄帮蠕变特性及其稳定性控制技术研究

王红胜  
【摘要】:沿空巷道窄帮的长期稳定特性将直接影响沿空巷道围岩结构的整体稳定性,其有效控制也是成功开发该项技术的关键。论文基于沿空巷道基本顶四种断裂结构形式,以沿空巷道窄帮稳定性的时间效应研究为切入点,综合采用理论分析、物理模拟、数值模拟、实验室岩块实验、工业性试验等研究方法,对窄帮应力变形规律、窄帮蠕变特性、窄帮破坏准则及稳定性控制技术进行了较系统的分析,取得了以下主要研究成果: (1)基于沿空巷道基本顶四种断裂结构形式,建立了相应的窄帮稳定性分析的结构力学模型,推导出窄帮上的静载荷计算公式,并明确了窄帮应力与变形规律。 (2)动载效应数值分析表明,基本顶断裂回转产生动载效应对窄帮的稳定性影响最大,且不论断裂线位于窄帮的内侧还是外侧,窄帮上部应力与横向变形都最大,极易在该部位先发生破坏。 (3)建立了混凝土人造帮蠕变模型与本构关系方程。基于最小势能原理稳定性分析得出混凝土人造帮蠕变失稳最短时间;混凝土人造帮蠕变极限载荷及其破坏载荷与其配比强度成正比关系;基于蠕变特性及尺寸效应确定了人造帮强度须提高20%~30%左右、高宽比宜为1:1H:B2:1。 (4)采用正交八面体对混凝土人造帮进行受力分析,得到双剪应力函数和双剪强度理论,并通过实验验证了混凝土人造帮破坏形态是受两组剪应力共同作用的结果,最大剪应力“X”形分布特征与其“X”形破坏断面是一致的。 (5)研制出10,000 kN大尺寸蠕变试验系统。对大尺寸人造帮蠕变特性、锚栓强化人造帮蠕变特性、不同构筑方式人造帮蠕变特性的实验分析表明,人造帮蠕变极限载荷及其破坏载荷与水灰比成反比关系;锚栓(杆、筋)能有效约束人造帮横向变形,扩大人造帮承压区面积,提高人造帮整体承载性能和稳定性;人造帮的稳定性与其构筑方式关系密切,整体构筑比分块构筑稳定性强,采用“软+硬”结构比常规“全硬”结构的稳定性强。 (6)建立了“软+硬”窄帮结构效应力学模型,解释了该结构与顶底板之间的协调变形机理。上部“软”结构通过大变形吸收顶板能量,有效改善窄帮应力分布特征,能适应基本顶断裂回转下沉给定变形的要求;下部“硬”结构能提供足够的支护阻力,从而确保了人造帮的整体稳定性。 上述研究成果在4个典型试验地点进行了工程应用,取得了满意的技术经济效果,可指导该项技术在类似条件下的推广应用。 该论文有图228幅,表40个,参考文献162篇。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TD353

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5 王荣超;不同结构岩体锚杆支护沿空巷道稳定性离散元模拟研究[D];山东科技大学;2008年
6 陈龙;留小煤柱沿空掘巷支护技术研究[D];河北工程大学;2010年
7 周林生;深井综放开采沿空巷道变形破坏特征与围岩控制技术研究[D];山东科技大学;2006年
8 管仁和;薄煤层小煤柱护巷技术研究[D];山东科技大学;2010年
9 邵继喜;薄煤层对拉工作面开采工艺研究[D];太原理工大学;2012年
10 王琳;基本顶破断结构对窄煤柱稳定性影响分析及控制技术[D];西安科技大学;2012年
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