超千米深回采巷道热力作用下围岩失稳及锚固耦合效应机理研究

It is the inevitable trend to mine deep coal seam.Therefore,the key technology problems about surrounding rock control in deep especially over 1000km deep mine affecting the safe and high-efficient exploitation are brought out.Taking typical ultra-kilometer deep mining roadway as the research background, with the integrated method of laboratory experiment,ground stress test,theoretical analysis,numerical simulation,field test,the mechanism of surrounding rock insability and anchorage coupling behaviors of mining roadway under heat-mechanical interaction in coal mines deeper than 1000km will be researched.Analysising the influence of temperature on the mechanical property of surrounding rocks and resin anchorage performance through the laboratory tests,and then establishing the thermal-mechanical coupling constitutive model of surrounding rock,thus realizing the numerical integration of model based on the secondary development platform of FLAC.Combining the ground stress test,analysising the deformation and fracture characteristics of surrounding rock under different influence factors,revealing the mechanism of surrounding rock instability and anchorage parameters coupling and the coupling of rock deformation behavior and anchorage support body. Finally, using multiple regression method, establishing coupling model of anchorage parameter and the coupling model of rock deformation and anchorage support body,achieving double coupling support quantitative design of actual mining roadways among rock deformation,support technology,and support parameters.The research will provide basies for the anchorage coupling support decision in coal mining roadway deeper than 1000km.

开采深部煤炭资源是煤炭生产的必然趋势，由此带来的深部尤其是超千米深巷道围岩控制成为影响煤矿安全高效开采的关键问题。以典型的超千米深回采巷道为研究背景，采用室内实验、地应力测试、理论分析、数值模拟、现场测试等方法，开展超千米深回采巷道热力作用下围岩失稳机理及锚固耦合效应机理研究。通过室内试验，分析温度对围岩物理力学特性及树脂锚固性能的影响规律，建立围岩热力耦合本构模型，依托FLAC模拟软件二次开发平台，实现模型的数值化；配以地应力测试，分析围岩在各影响因素下的变形破坏特征，揭示围岩失稳、锚固参数耦合以及围岩变形特征与锚固支护体耦合机理；利用多元回归方法，构建锚固支护参数耦合设计模型和围岩变形特征与锚固支护体耦合效应模型，实现巷道"围岩变形-支护技术-支护参数"双重耦合支护定量设计，为超千米深回采巷道锚固耦合支护决策提供依据。

深部开采是进行煤炭开采的必然趋势，深部开采所面临的高地应力、高地压、高地温以及强烈的开采扰动给深部矿井开采带来了巨大的挑战。深部回采巷道围岩稳定性控制问题成为困扰煤矿安全生产难题之一。.课题采用室内试验的方式，研究了砂质泥岩、泥岩、砂岩、煤等围岩的物理力学性能随着温度变化的特性，获得了围岩应力-应变全过程曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量、变形模量、破坏模式等随温度的变化规律；研究了在以泥岩、砂岩和煤为围岩介质下，温度对锚杆锚固性能的影响。并且得到了锚固力、锚固界面的力学特性随温度变化的规律；研究了四组表征参数在不同温度下的变化规律，分别是泥岩颗粒面积比、颗粒分布分维、颗粒圆度以及孔隙定向度。.开展了典型深部矿井围岩地应力测试研究，分析了地应力场的分布特征；理论分析了深部回采巷道的主要破坏形式及围岩破坏机理，根据weibull分布的假设、损伤力学等理论，建立了考虑温度效应的岩石热损伤本构模型。以朱集西煤矿的 11501 工作面为研究背景，分析了影响巷道支护效果的主要因素，提出了判定巷道支护效果的主要指标，如收敛值、耦合系数、左右帮锚杆轴向力百分比。.采用了正交数值模拟试验、极差法、方差法、多元回归分析法等方法，深入研究了锚固参数对围岩变形的影响规律，确定了影响判定指标的各因素的主次顺序及显著性。初步构建了围岩变形与锚固参数之间的耦合关系式，优化了巷道支护参数。.选取与朱集西矿相邻的淮南矿区丁集矿1141(3)运输顺槽为背景开展应用分析。该工作面埋深近820m，平均地温为35.5℃～40℃，属二级高温地区，且地压显现明显，具有典型的千米深井高温高压特征。本文在掌握矿井地应力特征基础上，利用研究成果优化巷道支护形式及支护参数，并利用现场监测结果反馈模型的合理性。.课题围绕深部回采巷道围岩失稳及锚固耦合效应开展研究，为深部尤其是超千米深回采巷道围岩控制提供理论基础，对分析高温高压下深部巷道的安全性和稳定性具有重要的理论意义和实用价值。