【摘 要】
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随着浅层煤炭资源逐渐枯竭,煤炭开采深度已经逐步步入千米级深部区域。而深部围岩所处应力环境复杂,构造应力升高、岩体塑性加大、高地温、高地应力、地质条件复杂等因素往往导致巷道发生顶板塌落、片帮、底鼓等灾变现象,严重威胁巷道的使用寿命和服务年限。准确获知深埋巷道的围岩压力并根据围岩压力进行支护等措施可有效解决此类灾变现象。为了准确求解深埋巷道的围岩压力,获取合理的支护力范围,本文基于非线性Mohr-Co
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随着浅层煤炭资源逐渐枯竭,煤炭开采深度已经逐步步入千米级深部区域。而深部围岩所处应力环境复杂,构造应力升高、岩体塑性加大、高地温、高地应力、地质条件复杂等因素往往导致巷道发生顶板塌落、片帮、底鼓等灾变现象,严重威胁巷道的使用寿命和服务年限。准确获知深埋巷道的围岩压力并根据围岩压力进行支护等措施可有效解决此类灾变现象。为了准确求解深埋巷道的围岩压力,获取合理的支护力范围,本文基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则和非线性Hoek-Brown破坏准则,构建了“楔形体塌落+转动圆弧体”深埋巷道破坏模式,并根据极限分析虚功率原理,推导了深埋巷道围岩压力上限解的表达式并对构建的破坏模式进行了验证。分析了非线性破坏准则下,各参数对深埋巷道围岩压力上限解的影响规律。最后通过数值模拟和工程实例进一步验证了本文极限分析法计算深埋巷道围岩压力是可靠的。本文所做主要工作以及所得结论如下:(1)建立了“楔形塌落体+转动圆弧体”的深埋巷道破坏模式,推导了深埋巷道极限破坏状态下围岩压力的表达式。(2)通过对比分析,验证了本文所构建的破坏模式的可靠性。(3)分析了岩体参数和破坏准则相关参数对深埋巷道围岩压力的影响,结果表明:在非线性Mohr-Coulomb破坏准则下,围岩压力随着侧压系数和内摩擦角的增大逐渐减小,而随着非线性系数m的增大而增大。在非线性Hoek-Brown破坏准则下,当地质强度指标GSI、岩体常数im、单轴抗压强度?ci减小时,围岩压力明显增大;随着扰动因子D的增大,围岩压力显著增大。(4)以数值模拟和工程实例,验证了本文方法的可靠性和合理性。数值模拟和工程实例均表明本文构建的深埋巷道破坏模式是合理和可靠的。
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