深部軟弱煤巖巷道松動變形隨時間演化規(guī)律分析.pdf

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

2、律開展研究，確定松動圈范圍隨時間演化規(guī)律，對解決實際工程中與蠕變相關(guān)的問題具有理論和工程實際意義。
　　本文在綜合分析國內(nèi)外巖石蠕變試驗及蠕變數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，開展了以下研究并得出一些結(jié)論：
　?。?）采用SD-20巖石蠕變儀對煤巖進行單軸分級加卸載蠕變壓縮試驗，并通過非線性擬合獲取煤巖的蠕變參數(shù)。通過對煤巖單軸壓縮蠕變試驗曲線的分析，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入穩(wěn)定蠕變階段，當(dāng)應(yīng)力水平超過

3、其屈服極限時，蠕變進入等速蠕變階段，隨著時間的增加，應(yīng)變值逐漸增大，若應(yīng)變值超過其極限應(yīng)變值時，試件將發(fā)生破壞。
　?。?）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?。辉谕粦?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；埋深較深的巷道表面垂直應(yīng)力在一定時間內(nèi)逐漸增大，增長速度先增大再減小，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個方向上布置監(jiān)測點，以位移衰減快慢系數(shù)作為判斷松動圈厚度的標(biāo)準(zhǔn)確定了不同應(yīng)力下松動圈范圍變化趨勢。模擬結(jié)果表明：在較低應(yīng)力水平下，巷道開挖初期，角部松動圈發(fā)