二次沿空留巷圍巖穩(wěn)定性控制機制研究.pdf

1、應用相似材料模擬、數值模擬、力學分析、突變分岔理論、混沌理論等，系統(tǒng)地研究了二次沿空留巷不同階段圍巖、巷內支護及巷旁支護三者之間的相互作用關系，確定了圍巖的破壞、失穩(wěn)判據，揭示了圍巖的變形破壞機理。
　　 通過相似材料模擬和數值模擬，分析了二次沿空留巷不同階段圍巖應力、位移及變形破壞特征;研究了錨桿支護參數變化對二次沿空留巷不同階段圍巖穩(wěn)定性影響。
　　 工作面端頭關鍵塊的穩(wěn)定直接影響到其下位支護圍巖小結構的穩(wěn)定，保持其

2、穩(wěn)定有利于減小二次沿空留巷圍巖變形和增加充填體的穩(wěn)定性。基于上覆巖層活動規(guī)律，構建了二次沿空留巷不同階段工作面端頭關鍵塊的“S—R”結構力學模型，確定了工作面端頭關鍵塊的穩(wěn)定性判據。在關鍵塊穩(wěn)定的前提下，對二次沿空留巷不同階段的充填體受力狀況進行了分析，推導出巷旁支護阻力的計算式，合理確定了保持工作面端頭關鍵塊穩(wěn)定所需的充填體寬度。
　　 由于二次沿空留巷為上、下區(qū)段的兩個工作面服務，巷道服務時間較長，且充填體長期承受采空區(qū)側向

3、支承壓力的影響。隨著時間的增加，充填體可能會進入流變狀態(tài)，充填體的流變將會直接影響到二次沿空留巷圍巖的穩(wěn)定性。應用突變分岔理論，研究了充填體的非線性蠕變力學特征，并采用最小二乘法進行模型參數擬合，確定了充填體非線性蠕變的混沌判據，揭示了充填體非線性蠕變破壞機理。
　　 充填體在變形破壞過程中既具有流變特性，也具有損傷特性，前者反映了時間效應，后者反映充填材料內部的各種缺陷的發(fā)展?；贚emaitre應變等價性假說，推導出充填體的

4、損傷本構關系，確定了充填體的損傷失穩(wěn)判據。
　　 影響充填體穩(wěn)定性的因素很多，這些因素都具有很大的變異性，且巷道服務時間長，因此要求充填體具有足夠的可靠性。應用支護結構可靠性理論，計算出二次沿空留巷不同階段充填體的可靠性指標。
　　 二次沿空留巷技術成敗的關鍵是充填體能否適應沿空留巷頂板巖層活動規(guī)律和有效地控制直接頂?；谀芰渴睾阍?，建立了二次沿空留巷不同階段直接頂的力學模型，推導出沿空留巷直接頂的穩(wěn)定性判據。應用位移

5、變分法，分析了沿空留巷直接頂下沉與充填體寬度、煤幫塑性區(qū)、煤幫側向支護阻力、巷道寬度、巷內支護阻力及巷旁支護阻力等因素的關系。
　　 在二次沿空留巷整個過程中，一次沿空留巷煤幫經受巷道掘進及兩次工作面超前支承壓力的影響，保持其穩(wěn)定有利于減小直接頂的下沉量和增加關鍵塊的穩(wěn)定性。基于能量守恒原理，確定了一次沿空留巷煤幫的穩(wěn)定性判據，并推導出煤幫側向支護阻力和錨桿間排距的計算式，為煤幫錨桿間排距的確定提供了理論依據?；贚emaitr

6、e應變等價性假說、Drucker-Prager屈服準則和極限平衡理論，預測了一次沿空留巷煤幫的片幫深度，為煤幫錨桿長度的確定提供了理論依據。
　　 二次沿空留巷圍巖屬于大變形圍巖，對初始條件的變化具有很強的敏感性，難以通過傳統(tǒng)的直接觀測方法來進行判斷。采用功率譜分析法研究了二次沿空留巷不同階段圍巖應力的混沌動力學特征，研究認為:充填體寬度較小時圍巖應力具有較強的波動性，呈現(xiàn)混沌運動狀態(tài)。隨著充填體寬度增加，功率譜的尖峰增加，不規(guī)

7、則運動比例逐漸減少。利用Lyapunov指數法分析了充填體寬度、錨桿預緊力、錨桿支護強度對二次沿空留巷不同階段圍巖混沌性影響，合理確定了二次沿空留巷充填體寬度、錨桿預緊力、錨桿支護強度、錨桿直徑等參數。
　　 基于二次沿空留巷上覆巖層活動規(guī)律和不同階段圍巖變形破壞特征，將二次沿空留巷圍巖控制視為一項極其復雜的系統(tǒng)工程，提出了“充分利用基本頂關鍵塊穩(wěn)定結構、動態(tài)控制、始終保持巷旁充填體穩(wěn)定、匹配協(xié)調、主動加固、弱化擾動、整體圍巖強