大断面六边形煤巷围岩变形破坏特征及其稳定性研究

【摘要】随着我国综合机械化开采技术的发展,厚煤层综采放顶煤、中厚煤层一次采全高等开采方法得到了大面积推广应用。随着采高的增大,为减少回采巷道上部的煤损,满足安装大型采掘运输设备和铺设风水管线的要求,满足正常生产、运输、通风及行人安全的规定,必然要求回采巷道断面随之扩大,但是,巷道断面增大会显著增加围岩的不稳定性,若支护不利,就会出现巷道失稳。与此同时,当前关于巷道稳定性的研究主要集中在围岩应力和支护方式的选择上,但一直没能有效地改变巷道变形量大、支护困难的现状。因此,需要转变思路,从巷道断面形状与围岩稳定性关系方面着手研究,找到一种能符合特定围岩状态的巷道断面形态。鉴于上述现实,本文首先分析了我国发展大断面煤巷的必要性、基本特点、现状和存在的问题,全面地总结了研究巷道围岩稳定性的分析方法及评价手段,详细地阐述了巷断面形状对围岩稳定性影响的研究现状,提出了有利于增强围岩自稳能力的六边形巷道,并采用相似材料模拟、数值模拟和理论分析相结合的方法对其稳定性进行了研究,所做的主要研究工作如下：1.通过自主研制的大尺度平面地下工程模拟试验系统,完成了对模型的大范围观测,实现了对模型的双向高吨位加载,解决了同类设备加载强度偏低的技术难题,并对大断面煤巷开展了“先加载,后开挖”的相似材料模拟试验,获得了理想的试验数据。2.通过相似材料模拟试验,分析了六边形巷道表面收敛率与侧压力系数的关系,研究了巷道顶板位移随距巷中心线距离变化的规律,以及巷帮位移随距帮距离变化的规律,分析了六边形巷道开挖后围岩的应力分布规律,揭示了巷道围岩在不同埋深下的破坏演化特征,发现随埋深增加,顶板裂隙范围逐步扩大,由环形裂隙圈变为裂隙网,巷帮裂隙逐步贯通且延伸至顶板,帮由原来的折边形变成弧形。3.对六边形巷道与矩形巷道的试验结果进行比较,揭示了这两类巷道的围岩位移量之比与埋深的关系,分析了不同地应力状态下两类巷道围岩的裂隙特征和破坏差异,分析了两类巷道围岩关键部位应力分布的不同特点,从而证实了六边形巷道围岩的变形及破坏程度小、围岩的应力集中系数小,其折边巷帮对抵御变形破坏效果明显。4.通过数值试验,分别研究了巷宽B、巷高宽比K、巷帮倾角α、巷埋深H及侧压力系数兄这5个因素对六边形巷道稳定性的影响规律,并通过综合比较,得出了最优六边形巷道断面几何参数。利用多元线性回归拟合得到了5因素与围岩应力、位移及塑性区分布的关系表达式：Ei=a0+a1B+a2K+a3a+a4H+a5λ定量地揭示了5因素共同作用下六边形巷道围岩稳定性规律。5.在最优六边形巷断面参数的基础上,选择13个矿区的巷围岩强度、开采深度、煤层倾角及煤柱宽度作为巷道围岩稳定性类别的评价指标,基于自组织特征映射神经网络(SOM网络)建立了六边形巷道围岩稳定性判定模型,并以吕梁某矿9号煤层工作面六边形顺槽为工程背景,对其围岩稳定性类别进行了判定,同时设计了巷道支护参数,结果表明,采用六边形断面后,提高了巷道安全性,节约了支护成本。
【作者】任智敏；
【导师】胡耀青；
【作者基本信息】太原理工大学，工程力学，2014，博士
【关键词】大断面；六边形巷道；巷道围岩稳定性；相似模拟；数值模拟；SOM网络；

【参考文献】
[1]丁亮.基于多尺度几何分析的图像去噪算法研究[D].新疆大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[2]陈志宝,李秋水,程序,周海,丁杰.基于地基云图的光伏功率超短期预测模型[J].电力系统自动化,2013,19:20-25.
[3]张振平.斜向和多向不规则波作用于直立堤上波浪力的概率分布和频域特性[D].大连理工大学,港口、海岸及近海工程,2004,硕士.
[4]潘忠.中等距离单光源BOTDA温度传感实验与噪声分析[D].武汉理工大学,光学,2013,硕士.
[5]吴九洲.H公司的产品营销策略研究[D].天津大学,工商管理,2013,硕士.
[6]程沁.苏州高新区数字城管信息化建设项目可行性分析[D].南京理工大学,项目管理,2012,硕士.
[7]李红静.中国—东盟自由贸易区发展问题研究[D].河北大学,世界经济,2014,硕士.
[8]曹兴伟.丹皮酚磺酸钠对免疫性结膜炎的治疗作用及机制初探[D].成都中医药大学,中医眼科学,2012,硕士.
[9]王旭.基于神经网络的冷连轧机张力系统辨识与控制研究[D].东北大学,模式识别与智能系统,2011,硕士.
[10]范红梅.铁—活性炭烟草薄片的制备及其在降低卷烟焦油中的应用[D].湖南师范大学,应用化学,2003,硕士.
[11]梁顺军,梁顺彬.高陡背斜地震剖面高点偏离问题分析及其校正[J].石油地球物理勘探,2001,01:105-114+133.
[12]李春芝,菅阳阳,何颖卓.带电粒子与二维电子气相互作用的理论研究[J].内蒙古民族大学学报(自然科学版),2014,01:1-3.
[13]朱永梅.无冗余氨基酸鹅α干扰素在毕赤酵母中的表达及其生物学活性研究[D].东北农业大学,预防兽医学,2013,硕士.
[14]翟圣先.卤素促进/催化的串联反应[D].兰州大学,有机化学,2014,硕士.
[15]薛航.基于光纤光栅的钻杆冲击动力学特性研究[D].合肥工业大学,测试计量技术及仪器,2014,硕士.
[16]谢逍.基于地震动信号的车辆定位方法研究[D].西南交通大学,车辆工程,2014,硕士.
[17]李敏.事业单位员工激励机制研究[D].中国地质大学（北京）,公共管理,2013,硕士.
[18]陈敏.数量大小比较任务中两位整数和两位小数的加工方式[D].西南大学,发展与教育心理学,2014,硕士.
[19]毕恩贵.智能交通系统若干问题研究[D].西安建筑科技大学,2005.
[20]庄倩.中国高校日语专业学生中日同形近义词产出难易度影响因素研究[D].南京大学,2014.
[21]秦文.基于新课标理念下的高中地理概念教学研究[D].山东师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[22]李农、张京辉.客服中心上档次依赖工作流管理系统[N].中国计算机报,2002-09-23C16.
[23]吴青.酸枣仁中乙酰胆碱酯酶抑制剂的筛选研究[D].湖南师范大学,分析化学,2013,硕士.
[24]张黎.传统山岳旅游地的转型模式研究[D].湖北大学,人文地理学,2011,硕士.
[25]高京兰.多侧线采出填补隔离壁精馏塔操作与设计黑洞[D].北京化工大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[26]朱杰,倪自丰,陈国美,赵治安,黄国栋,李庆忠.氧化石墨烯/超高摩尔质量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能研究[J].塑料工业,2014,03:103-106.
[27]柳凯容.离婚损害赔偿制度研究[D].重庆大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[28]张铭芳.论我国知识产权海关保护制度的完善[D].大连海事大学,法律,2013,硕士.
[29]张翠侠,刘从虎,张明玉,刘长义.机械加工车间碳足迹监测与预警方法及关键技术研究[J].计算机集成制造系统.
[30]薛新.光诱导二氧化钒超快相变动力学研究[D].上海大学,光学,2014,硕士.
[31]丁莉.土家女儿会：社会学-民俗学视角的研究[D].华中师范大学,社会学,2014,硕士.
[32]刘曦.基于活性导向的蓝莓花降血脂实验研究[D].重庆大学,药学,2014,硕士.
[33]李庆诚,宋旭,刘嘉欣.智能小区综合经营管理系统[A].办公自动化学会.OA’2001办公自动化国际学术研讨会论文集[C].办公自动化学会:,2001:5.
[34]沈艳军.一类线性离散时间系统有限时间控制问题[J].控制与决策,2008,01:107-109+113.
[35]陈传华.地震台前兆日常运行质量监控系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[36]王斌.青少年体育社会资本概念架构及其实证研究[D].山西师范大学,体育人文社会学,2013,硕士.
[37]杨仲頔.浅谈对外汉语教学中的宗教隔阂及教学对策[D].华中师范大学,汉语国际教育,2012,硕士.
[38]王军.江苏省行业组织绩效评价及实证研究[D].南京理工大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[39]孙玉周.中国财政制度成本测度与影响因素的统计分析[D].天津财经大学,国民经济学,2012,硕士.
[40]李聪.卫星通信网路由技术及其仿真[D].南京理工大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[41]周长青.长效非麦角多巴胺受体激动剂治疗帕金森病的系统评价[D].重庆医科大学,神经病学,2014,博士.
[42]武婧洁.川渝地区主要家蚕实用品种的SSR指纹图谱构建及遗传多样性分析[D].西南大学,生物工程（专业学位）,2014,硕士.
[43]李明.基于Pushover的石拱桥地震响应分析[D].长安大学,桥梁与隧道工程,2014,硕士.
[44]侯思元.Sliw在小鼠胚胎心脏发育中的功能研究[D].中国矿业大学,化学工程与技术,2014,硕士.
[45]杨倩.基于4P、4C理论的网络电视台营销策略研究[D].华中师范大学,传播学,2014,硕士.
[46]朱佑华.海派画家虚谷金鱼题材绘画研究[D].武汉理工大学,美术学,2013,硕士.
[47]钱思维.不可靠链路下的链式无线传感器网络低功耗数据分发研究[D].华中科技大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[48]安小君.机舱信息管理与集中监控报警系统软件的开发[D].武汉理工大学,2004.
[49]王海杰.新疆高校研究生党建工作研究[D].新疆师范大学,思想政治教育,2013,硕士.
[50]刘多.概述INAP与ISUP的配合[J].电信网技术.2000(01)