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《中国矿业大学》 2009年
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高应力破碎软岩巷道棚—索协同支护围岩控制机理研究

荆升国  
【摘要】: 在煤矿软岩巷道中,高应力破碎软岩巷道占有相当大的比例。高应力破碎软岩巷道中支护结构性失稳是导致巷道失稳、破坏的重要原因。因此,如何提高支护承载结构稳定性及其承载能力,对解决高应力破碎软岩巷道支护难题至关重要。 在高应力破碎软岩巷道中,许多情况下锚网支护难以形成可靠的承载结构,而高阻可缩U型钢支架又无法适应围岩的强烈变形。此时,采用棚-索协同支护往往能够有效地控制该类巷道围岩的强烈变形。 棚-索协同支护将具备高阻可缩特性的U型钢支架作为基本支护,利用其提供的较高支护阻力提高巷道浅部破碎岩体的残余强度,并将U型钢支架作为小孔径预应力锚索的高强护表构件,发挥锚索的锚固性能,在充分发挥深部稳定岩体承载能力的同时,实现对U型钢支架的合理结构补偿,提高支架的结构稳定性及其承载能力,是解决高应力破碎软岩巷道支护难题的一条有效途径。 支护结构补偿的目的是针对载荷作用下支护结构自身存在的危险截面,通过在合理位置施加一定大小的结构补偿力,能够大幅度降低支护结构危险截面承受的应力,同时降低支护结构整体承受的应力,使得支护体的承载性能得以充分发挥,提高支护结构的整体稳定性及其承载能力。研究表明,小孔径预应力锚索是目前较为理想的结结构补偿体,并从发挥结构补偿体承载性能和提高支护结构整体承载能力及其稳定性角度出发,提出支护结构补偿的基本原则。 在上述研究基础上,针对煤矿常用的直墙半圆拱形巷道建立结构补偿力学模型,研究基本支护体与补偿支护体之间的相互作用关系,得出了不同载荷作用下,基本支护体内力和弯曲变形的计算公式。详细研究了均布载荷、肩部对称偏载和拱顶对称偏载三种载荷作用下,支护结构合理补偿位置的确定方法,同时分析了不同载荷作用下,支护结构的内力和弯曲变形分布特征,以及结构补偿对提高支护结构稳定性和承载能力的作用。 与此同时,通过数值模拟手段研究了棚-索协同支护相互作用关系和控制巷道围岩变形的作用,并进一步通过棚-索协同支护1:1相似模拟实验,对U型钢支架实际承载过程以及棚-索协同支护的相互作用过程展开详细研究。此外,基于圆形巷道的弹塑性力学模型,分析了棚-索协同支护中结构补偿锚索的合理长度及补偿时机。 最后,棚-索协同支护成功应用于典型的动压影响和构造、水体影响巷道工程实践。 论文有图86幅,表16个,参考文献119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】:2009
【分类号】:TD353

【引证文献】
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【同被引文献】
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4 赵亮;基于有限差分的巷道支护方案模糊筛选系统研究[D];河北工程大学;2010年
5 刘芳媛;孙村煤矿巷道支护技术经济分析[D];山东科技大学;2011年
6 郭占祥;高应力软岩巷道支护技术研究[D];山东科技大学;2008年
7 张杰;基于VC++的巷道支护安全信息可视化软件的研发[D];安徽理工大学;2011年
8 张朋;综采矿压显现规律与巷道支护效果数值模拟研究[D];内蒙古科技大学;2011年
9 郝朋伟;高应力软岩巷道锚杆支护的数值模拟[D];安徽理工大学;2006年
10 薛学贵;近距离顶煤巷道支护参数的数值优化设计[D];安徽理工大学;2012年
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