深部軟弱煤巖巷道松動(dòng)變形隨時(shí)間演化規(guī)律分析.pdf

1、隨著煤礦開(kāi)采強(qiáng)度的加大，淺部資源逐漸開(kāi)采完畢，巷道開(kāi)挖深度的不斷增加，一大批煤礦已進(jìn)入深部開(kāi)采階段，深部開(kāi)采帶來(lái)的難度及問(wèn)題，已是中國(guó)煤炭行業(yè)不得不面對(duì)的問(wèn)題，比如地溫高、瓦斯量大、礦壓大、支護(hù)困難等。煤巖作為一種巖性較弱的有機(jī)巖體，其對(duì)應(yīng)力溫度較為敏感，在深部條件下表現(xiàn)為強(qiáng)烈的流變變形特征。研究表明：深部巖石具有持續(xù)的強(qiáng)流變特性，表現(xiàn)為變形量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，即具有明顯的時(shí)間效應(yīng)。因此采用科學(xué)的研究方法對(duì)深部軟弱煤巖的蠕變特性及其變化規(guī)

2、律開(kāi)展研究，確定松動(dòng)圈范圍隨時(shí)間演化規(guī)律，對(duì)解決實(shí)際工程中與蠕變相關(guān)的問(wèn)題具有理論和工程實(shí)際意義。
　　本文在綜合分析國(guó)內(nèi)外巖石蠕變?cè)囼?yàn)及蠕變數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了以下研究并得出一些結(jié)論：
　?。?）采用SD-20巖石蠕變儀對(duì)煤巖進(jìn)行單軸分級(jí)加卸載蠕變壓縮試驗(yàn)，并通過(guò)非線性擬合獲取煤巖的蠕變參數(shù)。通過(guò)對(duì)煤巖單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)曲線的分析，可以看到：在較低應(yīng)力水平下，煤巖試件蠕變由初始蠕變階段很快進(jìn)入穩(wěn)定蠕變階段，當(dāng)應(yīng)力水平超過(guò)

3、其屈服極限時(shí)，蠕變進(jìn)入等速蠕變階段，隨著時(shí)間的增加，應(yīng)變值逐漸增大，若應(yīng)變值超過(guò)其極限應(yīng)變值時(shí)，試件將發(fā)生破壞。
　　（2）采用有限差分軟件FLAC3D選擇應(yīng)變軟化/硬化模型結(jié)合Burger蠕變模型模擬了不同條件下（不同應(yīng)力、不同斷面形狀）深部軟弱煤巖巷道表面應(yīng)力變形隨蠕變時(shí)間變化規(guī)律。模擬結(jié)果表明：隨著應(yīng)力水平的提高，巷道頂板、底板及幫部的位移量逐漸增大，但增加幅度逐漸減??；在同一應(yīng)力水平下巷道表面位移量總體表現(xiàn)出“幫部位移量大

4、于頂板位移量大于底板位移量”的特點(diǎn)；埋深較深的巷道表面垂直應(yīng)力在一定時(shí)間內(nèi)逐漸增大，增長(zhǎng)速度先增大再減小，并且出現(xiàn)垂直應(yīng)力小幅減小的現(xiàn)象，即產(chǎn)生了應(yīng)力松弛現(xiàn)象；斷面形狀對(duì)巷道變形影響較大，矩形巷道的頂?shù)装寮皫筒课灰屏孔畲?，直墻半圓拱次之，圓形巷道最小。
　?。?）在巷道周邊10個(gè)方向上布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以位移衰減快慢系數(shù)作為判斷松動(dòng)圈厚度的標(biāo)準(zhǔn)確定了不同應(yīng)力下松動(dòng)圈范圍變化趨勢(shì)。模擬結(jié)果表明：在較低應(yīng)力水平下，巷道開(kāi)挖初期，角部松動(dòng)圈發(fā)