深井层状围岩挠曲褶皱性底鼓机理与控制技术-第1章_docx

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深井层状围岩挠曲褶皱性底鼓机理与控制技术

针对深井层状围岩挠曲褶皱性底鼓的重大技术难题,应用理论分析、数值模拟和工程验证等综合手段,研究了巷道底板岩层变形破坏的挠曲方程、岩层内弯曲应力以及底板岩层的极限承载力,分析了底板分区滑移破坏及岩层运移规律,提出了反底拱锚固梁和U 型钢封闭支架两种控制技术,得出的主要结论如下:

(1)应用弹塑性板壳理论,建立了巷道层状底板的弹性薄板力学模型,基于矩形薄板小挠度理论,得出了底板岩层的挠曲变形方程的解析解,根据底板岩层发生挠曲褶皱性底鼓的临界破断条件,分析了层状底板岩层的弯曲应力,推导并求解出底板关键岩层的极限承载力下限值的表达式。

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深井层状围岩挠曲褶皱性底鼓机理与控制技术-第1章

(2)根据底板岩层失稳的滑移线场模型,可将底板层状围岩划分为主动破坏区、挤压过渡区和挤压被动区三种破坏区域,其中底板主动区(帮部塑性区下方的底板岩层)与地平线分别成π42

ϕ-和π()42ϕ--方向做整体移动,挤压过渡区岩层分别绕底角两点与径向正交做整体移动,而挤压被动区则是在挤压被动区的带动下向巷道临空方向变形,位移方向为垂直向上运动。

(3)研究了U 型钢反拱梁控制底鼓的失稳破坏过程,建立了两铰反拱受力模型,采用ANSYS 软件分析得出了U25、U29和U36等型钢反拱梁临界屈曲载荷与极限承载力的关系,反拱圆心角为70°(即反拱拱高为0.8m )时屈曲载荷最达,承载系统较为稳定;通过建立反底拱锚固梁结构力学模型,分析锚固梁协同承载,推导了反底拱锚固梁的支护强度力学表达式,提出了设计方法和校对准则;通过求解直墙半圆拱U 型钢封闭支架的内力弯矩,利用强度校核法求得支架承受的的最大均布载荷q ,并通过叠加原理可计算出封闭支架的承载力,形成了封闭支架控底的设计思路。

(4)结合淮南潘一东矿-848西翼胶带机大巷三联巷以及大屯孔庄矿-1015水平马头门底鼓治理工程,进行了U 型钢全封闭支架和反底拱锚固梁工业性试验,两处巷道维护周期均已达3a 左右,底鼓变形量控制在安全使用范围内,尤其是孔庄矿-1015水平马头门底鼓量小于10mm ,验证技术方案的可靠和有效,为深井层状围岩巷道挠曲褶皱性底鼓的一条行之有效的技术途径。

论文共有图55幅,表9个,参考文献104篇。