学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

高应力软岩巷道置孔释压支护理论与技术研究

作　者: 李彦斌
导　师: 康天合
学　校: 太原理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 高应力软岩置孔释压材料置孔释压支护技术最佳释压量一次支护
分类号: TD353
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 238次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

目前对于高应力软岩巷道支护方式可归结为以下几方面：一是被动刚性支护；二是联合支护；三是刚柔耦合支护；四是卸压支护等。这几种支护方式虽然在高应力软岩巷道中取得了一定的支护效果。但是,由于支护体强度有限、巷道开挖量大、围岩扰动破坏严重和返修率高等原因,使巷道总是处于不稳定状态。为了从根本上解决高应力软岩巷道支护难题,本文研制出了一种新型置孔释压材料,将该材料应用于高应力软岩巷道支护中,并首次提出释压支护理念和置孔释压一次成巷支护技术,该技术具有支护效果好,置孔释压综合承载力高,围岩稳定,巷道开挖量小、一次成巷无需翻修等特点。以下为本文的主要研究成果：(1)通过对目前高应力软岩巷道支护技术研究,分析支护过程中存在的难题和缺点,首次提出针对高应力软岩巷道采用置孔释压材料实现置孔释压的支护理念。(2)利用X射线荧光光谱分析法(XRF)、筒压强度试验、软化系数测定、安定性测试技术、坚固性测试和吸水率测试等手段,通过试验分析粉煤灰、煤矸石和仿钢纤维特性。选出适合释压材料的原材料。(3)通过抗压强度试验、显微CT、扫描电镜、抗腐蚀性、抗疲劳性试验。从微观结构和宏观力学两方面出发,分析比较了不饱和聚酯树脂纤维、水泥纤维、环氧树脂纤维和酚醛树脂纤维释压材料加入仿钢纤维前后的抗压强度、密实度。最终确定选用不饱和聚酯树脂纤维材料为释压材料。释压材料配合比为：不饱和聚酯树脂：煤矸石：粉煤灰=1：4.8：0.35,仿钢纤维掺量为2%。(4)通过对释压材料的孔形、孔数和置孔率研究,确定了孔形为圆形、置孔率为35%、孔数为18孔的不饱和聚酯树脂纤维释压材料作为一种新型置孔释压材料,并确定了置孔释压材料的主要力学参数。(5)基于对高应力软岩巷道弹塑性理论和能量理论研究,分析了置孔释压材料释压机理；围岩应力与释放压力及支护体的关系；围岩变形量和置孔释压材料释压量的关系,得出预设破碎区可以有效降低高应力软岩巷道破碎区半径。提出了置孔释压材料最佳释压量概念和高应力软岩巷道预设破碎区支护理念。(6)基于对高应力软岩巷道置孔释压支护结构模型的建立,通过置孔释压材料相似模拟和数值模拟支护结构研究,首次提出了一种适合于高应力软岩巷道置孔释压支护的新方法和一次成巷支护技术。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-13
1. 绪论  13-26
  1.1 问题的提出  13-14
  1.2 高应力软岩巷道支护与应用现状  14-17
    1.2.1 高应力软岩巷道的变形特征  14
    1.2.2 高应力软岩巷道支护理论与应用现状  14-17
  1.3 高应力软岩巷道卸压支护技术研究现状  17-21
    1.3.1 卸压支护机理概述  17-18
    1.3.2 卸压支护技术国内外研究现状  18-20
    1.3.3 卸压支护技术的不足之处  20-21
  1.4 高应力软岩巷道释压支护技术研究现状  21-23
    1.4.1 释压支护机理概述  21
    1.4.2 释压支护技术研究现状  21-23
    1.4.3 释压材料研究现状  23
  1.5 研究内容、技术路线及意义  23-26
    1.5.1 研究内容  23-24
    1.5.2 技术路线  24
    1.5.3 研究意义  24-26
2. 释压材料的研制  26-63
  2.1 释压材料的主要性能要求  26-27
  2.2 原材料选择及性能分析  27-34
    2.2.1 树脂性质分析  27-30
    2.2.2 粉煤灰性质分析  30-32
    2.2.3 煤矸石性质分析  32-34
  2.3 释压材料配合比研究  34-46
    2.3.1 释压材料试验设计  34-36
    2.3.2 释压材料试验过程  36-39
    2.3.3 释压材料试验结果分析  39-46
  2.4 纤维掺量的影响  46-57
    2.4.1 纤维性质分析  47-49
    2.4.2 纤维掺量试验过程  49-51
    2.4.3 纤维掺量试验结果分析  51-57
  2.5 释压材料抗腐蚀性研究  57-59
    2.5.1 抗腐蚀性试验设计  57
    2.5.2 抗腐蚀性试验结果分析  57-59
  2.6 释压材料的抗疲劳性研究  59-61
    2.6.1 抗疲劳性试验设计  59-60
    2.6.2 抗疲劳性试验结果分析  60-61
  2.7 释压材料配合比确定  61
  2.8 本章小结  61-63
3. 释压材料孔隙结构分析  63-85
  3.1 固体材料的测试技术  63-64
  3.2 显微CT试验分析  64-80
    3.2.1 显微CT试验系统的X射线成像系统  64-66
    3.2.2 显微CT试验系统的计算机系统  66
    3.2.3 显微CT图像  66-67
    3.2.4 基于显微CT单张图像孔隙孔径和孔隙率算法  67-68
    3.2.5 不饱和聚酯树脂纤维试件的显微CT分析  68-70
    3.2.6 环氧树脂纤维试件的显微CT分析  70-73
    3.2.7 酚醛树脂纤维试件的显微CT分析  73-75
    3.2.8 水泥纤维试件的显微CT分析  75-78
    3.2.9 试验结果分析  78-80
  3.3 扫描电镜试验分析  80-84
    3.3.1 测试仪器及其参数  80-81
    3.3.2 释压材料微观形貌分析  81-84
  3.4 本章小结  84-85
4. 置孔释压材料性能试验研究  85-100
  4.1 不同孔形对释压材料力学性能的试验研究  85-89
    4.1.1 不同孔形对释压材料影响的FLAC数值模拟  85-87
    4.1.2 不同孔形对释压材料影响的力学性能试验  87-89
  4.2 不同置孔率对释压材料影响的试验研究  89-93
  4.3 不同孔数对释压材料性能影响研究  93-98
    4.3.1 置孔释压材料的制做过程  93-95
    4.3.2 不同孔数下置孔释压材料力学性能试验  95-98
  4.4 置孔释压材料制备工艺  98
  4.5 本章小结  98-100
5. 置孔释压支护技术及其高应力软岩巷道稳定性研究  100-119
  5.1 高应力软岩巷道弹塑性力学分析  100-105
    5.1.1 高应力软岩巷道弹塑性力学分析的基本假设  100
    5.1.2 高应力软岩巷道弹塑性力学分析的基本方程和边界条件  100-101
    5.1.3 高应力软岩巷道弹塑性半径计算  101-105
  5.2 高应力软岩巷道最佳释压量的研究  105-107
  5.3 预置巷道围岩破碎区及高应力软岩巷道稳定性研究  107-110
    5.3.1 高应力软岩巷道围岩应力区域划分  107
    5.3.2 破碎区半径计算及影响因素  107-110
  5.4 置孔释压支护原理及支护结构模型  110-115
    5.4.1 置孔释压材料的释压机理  110-111
    5.4.2 高应力软岩巷道支护原理  111-113
    5.4.3 高应力软岩巷道置孔释压支护结构模型及能量分析  113-115
  5.5 置孔释压一次成巷支护技术研究  115-118
  5.6 本章小结  118-119
6. 高应力软岩巷道破坏数值模拟试验研究  119-131
  6.1 数值计算软件  119-123
    6.1.1 基本概述  119-120
    6.1.2 方法要点  120-121
    6.1.3 研究的问题  121
    6.1.4 软件概述  121
    6.1.5 软件基本原理  121-123
  6.2 数值计算模型  123-126
  6.3 高应力作用下无支护软岩巷道变形破坏过程  126-127
  6.4 高应力作用下钢棚支护软岩巷道变形破坏过程  127-128
  6.5 高应力作用下置孔释压支护软岩巷道变形破坏过程  128-129
  6.6 本章小结  129-131
7. 高应力软岩巷道破坏相似模拟试验研究  131-148
  7.1 相似材料模型  132-137
    7.1.1 试验原理  132
    7.1.2 模拟原型的地质条件和巷道条件  132-133
    7.1.3 试验目的  133
    7.1.4 相似模拟试验设计  133-137
  7.2 高应力作用下无支护软岩巷道变形破坏情况  137-138
    7.2.1 试验条件  137
    7.2.2 试验结果及分析  137-138
  7.3 高应力作用下锚网索支护软岩巷道变形破坏情况  138-140
    7.3.1 试验条件  138-139
    7.3.2 试验结果及分析  139-140
  7.4 高应力作用下棚索(杆)协同支护软岩巷道变形破坏情况  140-144
    7.4.1 试验条件  140
    7.4.2 试验结果及分析  140-144
  7.5 高应力作用下置孔释压支护软岩巷道变形破坏情况  144-146
    7.5.1 试验条件  144
    7.5.2 试验结果及分析  144-146
  7.6 本章小结  146-148
8. 置孔释压支护技术现场应用研究  148-153
  8.1 工作面地质条件  148-149
    8.1.1 工作面概况  148
    8.1.2 巷道特征及顶底板情况  148-149
  8.2 高应力巷道变形破坏状况  149-150
  8.3 置孔释压支护技术应用  150-151
  8.4 矿压监测及支护效果分析  151-153
    8.4.1 监测方案  151-152
    8.4.2 巷道围岩稳定性分析  152-153
9. 结论与展望  153-155
  9.1 主要结论  153-154
  9.2 展望  154-155
参考文献  155-165
致谢  165-166
攻读博士学位期间发表的学术论文及参加的科研项目  166-168
博士学位论文独创性说明  168

高应力软岩巷道置孔释压支护理论与技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文