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极软岩层巷道围岩控制技术研究(开题报告)
(1)岩性转化理论
陈宗基院士[2,3]于60年代提出,该理论认为:同样矿物成分、同样结构形态,在不同工程环境条件下,会产生不同应力应变,以形成不同的本构关系。例如坚硬的花岗岩,在高温高压工程条件下,会产生不同应力应变。
(2)轴变论理论
于学馥教授[4]提出,认为:巷道坍塌可以自行稳定,开挖扰动破坏了岩体的平衡,这个不平衡系统具有自组织功能。
(14)薛亚东、康天合[27]根据对煤层巷道围岩岩性和层次结构特征分析,认为巷道受力破坏规律和形式受围岩结构,特别是煤层与顶底板强度对比关系的影响。一般规律是煤层相对顶底板越软,则两帮多发生楔形或倒楔形破坏,顶板易形成大块状垮落体;煤层相对顶底板越硬,则两帮多发生片状或鼓形破坏,顶板易形成单抛物拱垮落体。
采矿工程
研究方向
围岩支护
导
师
姓名
王卫军
技术职务
教授
学术专长
围岩支护
主要研究内容
1、极软岩层围岩应力分布规律;
2、围岩塑性区范围大小对巷道围岩变形量与底臌量影响规律;
3、建立不同支护条件下极软岩巷道的力学模型,进行极软岩层围岩控制原理的研究,为极软岩层巷道锚杆支护参数设计提供理论依据;
II.立论依据
II-1研究的理论意义与现实意义
(7)应力控制理论
应力控制理论[12]也称围岩弱化法、卸压法。通过一定的技术手段改变某些部分围岩的物理力学性质,改善围岩内的应力及能量分布,人为降低支撑压力区的承载能力,使支撑压力向围岩深部转移。
(8)软岩工程力学支护理论
何满潮提出了以转化复合型变形力学机制为核心的一种新的软岩巷道支护理论[13~21]。涵盖了从软岩的定义、软岩的基本属性、软岩的连续性概化,到软岩变形力学机制的确定、软岩支护载荷的确定和软岩非线性大变形力学设计方法等。
(12)王元仁[25]认为深井煤层巷道支护形式必须有良好的让压性能,同时又能对巷道围岩的松弛部分能够有效的控制,使围岩(应力)不无限地向深部扩大转移。
(13)侯朝炯、马念杰[26]系统研究了各种围岩条件下煤层巷道围岩塑性区的发生、发展过程,揭示了围岩塑性区首先从强度最低的部位开始,最终以帮、角塑性区最大这一煤层巷道塑性区发展规律。
2007级硕士研究生学位论文
开题报告
学位类别学术性学位
学位论文题目极软岩层巷道围岩控制技术研究
研究生姓名朱香辉
研究方向巷道围岩控制
指导教师姓名王卫军(教授)
2008年12月23日填写
I.
简况
学位论文题目
极软岩层巷道围岩控制技术研究
研
究
生
姓名
朱香辉
学籍号
0701103
入学年月
2007.9
学院
能源学院
专业
(3)联合支护理论
陆家梁、冯豫、郑雨天、朱效嘉教授等提出的联合支护技术[5~8],其观点认为:对于软岩支护,一味地追求加强刚度是难以奏效的,要先柔后刚,先让后抗,柔让适度,稳定支护。
(4)锚喷—弧板支护理论
郑雨天、孙钧、朱效嘉教授等提出的锚喷—弧板支护理论[9]认为对软岩总是强调放压是不行的,放压到一定程度,要坚决顶住。锚喷代表“柔”,弧板(钢筋混凝土)代表“刚”。
(9)傅鹤林、韩汝才、朱汉华[22]按岩体结构观点对隧道围岩进行分类,进而确定不同类型破碎围岩中隧道荷载计算的力学模型,对确定破碎围岩隧道的支护方案有较大的参考价值。
(10)李大伟、侯朝炯[23]认为控制低强度软岩巷道的大变形应采用一次锚喷网、二次大刚度、高强度的支护方式。
(11)高明仕,张农,郭春生[24]分析了三维锚索支护的力学原理,认为对于特厚松软煤层巷道采用三维锚索可以有效解决其顶板的稳定性问题,并应用于工程实践。
(5)松动圈理论
松动圈理论[10]是由董方庭提出。主要内容:凡是坚硬围岩的裸体巷道,其围岩松动圈都接近于0,此时巷道的弹塑性变形虽然存在,但不需要支护。松动圈越大,收敛变形越大,支护难度越大。
(6)主次承载区支护理论
主次承载区支护理论[11]是由方祖烈提出。该理论认为:巷道开挖后,在围岩中形成拉压区域,压缩域在围岩深部,体现了围岩的自撑能力,是维护巷道稳定的主承载区。张拉区域位于巷道周围,通过支护加固,也形成一定的承载力,只起辅助作用。主次承载区的协调作用决定巷道的最终稳定。
20世纪80年代以来,与软岩工程相关的全国性会议召开了20余次,对地下工程软岩问题的理论研究进入了一个新的阶段。中国煤矿矿压专业委员会软岩分会召开了全国的软岩科研、施工、生产各方面的专业人员进行交流,起到了很好的组织、交流、提高作用。特别是20世纪90年代初,中国岩石力学与工程学会软岩工程专业委员会以及全国煤矿软岩工程技术研究推广中心的成立,更为软岩工程理论与技术的交流与推广,创造了良好的条件。
中国煤矿煤系地层中,具有软岩的矿井分布十分广泛,北起黑龙江、内蒙古,南到广东、广西,东起山东、浙江,西到新疆、青海,具有软岩的矿井遍布全国各主要产煤省区。每年巷道掘进量约6000其中10%以上的巷道为软岩巷道[1],并且软岩巷道的发展趋势也越来越复杂,从浅部单一的软岩巷道到深部复杂的松软散巷道,巷道围岩所表现出的多变性,复杂性和不稳定性,不仅造成巷道断面变形量大、返修率高和维护费用大,而且严重影响煤矿的安全生产和矿井经济技术指标。因此,有必要对引起巷道变形的因素和合理的控制措施进行研究。因此本研究扩大研究范围,通过建立极软岩巷道断面数学模型,进行RFPA数值模拟等,研究包括巷道围岩应力的空间分布规律、巷道顶板围岩位移变形规律以及加强顶板顶角锚杆支护对顶板岩层受力变形的影响等,从而揭示锚杆锚固机理及极软岩巷道围岩控制的力学本质。
II-2国内外研究现状分析(附中英文参考书目)
1国内研究现状
中国软岩巷道支护系统研究工作始于1985年春,北京市西部九龙山向斜北翼安家滩井田西部向斜轴处,木支架大巷遇到灰黑色泥岩,发生强烈底鼓,后改用五节棚支护,再加底梁,均无效,巷道失稳而报废。自此上报,提出软岩支护难题。后开发辽宁的沈北矿区,在前屯矿建设时出现井口大变形,支护挤裂,无法继续掘进,停工维修,前掘后塌,停掘返修,工程难前进而报废,以致停工数年。此后,该矿区的蒲河矿、大桥一些科研院所、高校和设计院的技术力量,在前屯矿二、三井和红庙进行了多种巷道支护形式的实验和测试工作,在巷道断面、支护形式及施工工艺等方面都取得了初步经验。