厚层软弱顶板巷道灾变机理及控制技术研究

厚层软弱顶板巷道灾变机理及控制技术研究
作者：马振乾，吴桂义著
出版时间：2017年版
内容简介
　　我国煤层赋存条件较为复杂，厚层软弱顶板条件所占比重较大，在山西、安徽、河南等省主要矿区均有分布，煤层直接顶多为炭质泥岩、砂质泥岩、炭质页岩、粉砂岩等，岩石的抗压强度在5A40MPa，不稳定岩层的厚度在8m以上，有的甚至更大。每年厚层软弱顶板巷道的开挖和维护工程量庞大，巷道服务期间顶底板变形剧烈，两帮严重收缩，由于巷道顶板的大变形，常常出现锚固层承载性能衰减甚至失效而导致锚固层整体切落坍塌的现象，如何消除冒顶、确保煤巷顶板安全，是进一步发展煤巷锚杆支护的关键。《厚层软弱顶板巷道灾变机理及控制技术研究》以典型的厚层软弱顶板煤巷为工程背景，围绕厚层软弱顶板巷道灾变机理与控制技术两个关键问题，综合运用现场调研、室内测试、数值模拟、理论分析与现场应用等研究方法，分别对厚层软弱顶板巷道的变形破坏特征及典型巷道的地质力学特征、围岩裂隙演化规律及其能量特征、巷道灾变机理、巷道稳定性关键影响因素、围岩控制技术、巷道安全评价系统等问题开展了系统研究，主要研究成果如下：①采用多参量监测手段得出了厚层软弱顶板巷道围岩裂隙演化特征，建立了软弱岩层厚度、埋深、水平应力、节理性质等参数与巷道围岩稳定性的关系。②提出了厚层软弱顶板巷道稳定性参数敏感性分析方法，得出了围岩强度、支护强度和巷道尺寸等因素对巷道稳定性的敏感程度。③基于突变级数法对厚层软弱顶板巷道支护难度进行科学合理的分级归类；提出离层类指标、变形类指标、支护结构受力指标和松动圈范围指标4大类10项指标，引入层次分析法对巷道安全性进行评判。④基于能量平衡原理，提出实现厚层软弱顶板巷道安全控制的三大技术途径：优化巷道布置、提高支护延伸量和设置弱结构，出路仍然是发展和创新锚杆支护技术，基本思路是控制顶板的渐进破坏，现场应用效果良好。
目录
1 绪论
1．1 研究的目的及意义
1．2 国内外研究现状
1．3 研究内容及技术路线
2 厚层软弱顶板巷道围岩地质力学特性
2．1 厚层软弱顶板巷道变形破坏特征
2．2 地应力场分布特征
2．3 煤岩物理力学性能测试
2．4 围岩结构探测
2．5 本章小结
3 厚层软弱顶板巷道裂隙演化及灾变机理
3．1 裂隙演化的力学机理
3．2 裂隙演化的数值模拟
3．3 裂隙演化的能量特征
3．4 采动裂隙演化现场实测研究
3．5 考虑损伤的巷道一支护体本构模型
3．6 厚层软弱顶板巷道灾变机理
3．7 本章小结
4 厚层软弱顶板巷道稳定性关键影响因素分析
4．1 厚层软弱顶板巷道稳定性影响因素敏感性分析
4．2 厚层软弱顶板巷道顶板稳定性分析
4．3 本章小结
5 厚层软弱顶板巷道安全控制技术体系
5．1 基于能量平衡的巷道支护技术原理
5．2 厚层软弱顶板巷道控制技术
5．3 厚层软弱顶板巷道支护难度分级
5．4 厚层软弱顶板巷道稳定性多参量监测预警
5．5 本章小结
6 工程实践
6．1 锚杆支护工程案例
6．2 U型钢支护工程案例
6．3 本章小结
7 结论与展望
7．1 主要研究结论
7．2 创新点
7．3 不足及展望
参考文献