深井巷道围岩锚固体流变特性及控制原理研究

流变性是岩石的重要力学特性之一，深井巷道的失稳和破坏与时间密切相关。巷道变形不仅包括巷道围岩的瞬时弹塑性变形，还包括巷道围岩的流变变形。巷道围岩除一部分本身强度低而呈现软岩特征外，部分坚硬岩石由于高应力作用也呈现明显的软化现象，矿压显现明显，变形持续时间长，呈现出蠕变变形三阶段的特征。.锚杆支护作为最主要的支护形式在深井巷道围岩控制中发挥了重要作用。锚杆与锚固范围的岩体相互作用，组成锚固体，形成统一的承载结构，锚固体强度与锚固前岩体相比得到强化，强化后能有效降低围岩破碎区及塑性区的宽度，促使巷道稳定。随时间延长，锚固体发生流变可使巷道断面收缩，围岩失稳破坏，影响巷道的正常使用。.课题主要研究：锚固体流变与锚固岩体参数、锚杆支护参数、围岩应力水平以及时间之间的关系；确定锚固体流变力学模型；提出流变条件下巷道周边锚固体稳定的控制原理以及控制方法。研究结果为深井巷道围岩控制提供理论基础。

流变性是岩石的重要力学特性之一，深井巷道的失稳和破坏与时间密切相关。巷道变形不仅包括巷道围岩的瞬时弹塑性变形，还包括巷道围岩的流变变形。巷道围岩除一部分本身强度低而呈现软岩特征外，部分坚硬岩石由于高应力作用也呈现明显的软化现象，矿压显现明显，变形持续时间长，呈现出蠕变变形三阶段的特征。锚杆支护作为最主要的支护形式在深井巷道围岩控制中发挥了重要作用。锚杆与锚固范围的岩体相互作用，组成锚固体，形成统一的承载结构，锚固体强度与锚固前岩体相比得到强化，强化后能有效降低围岩破碎区及塑性区的宽度，促使巷道稳定。随时间延长，锚固体发生流变可使巷道断面收缩，围岩失稳破坏，影响巷道的正常使用。.课题主要研究锚固体流变与锚固岩体参数、锚杆支护参数、围岩应力水平以及时间之间的关系；确定锚固体流变力学模型；提出流变条件下巷道周边锚固体稳定的控制原理以及控制方法。课题通过理论分析、相似材料无锚体及锚固体蠕变实验、现场观测等取得了如下成果：锚固体流变的基本特征有别于无锚岩体，不仅表现出锚固体位移比无锚岩体位移小，而且锚固体也会呈现蠕变稳态阶段时间长及蠕变应力水平高的特点，且锚固体存在明显的蠕变二阶段（主要）或三阶段（次要）特征；根据锚固试件蠕变的基本特征，将锚固体的流变模型视为伯格斯模型和锚杆单元的并联体，通过锚杆单元的参数来控制锚固体位移（变形）大小，且使锚固体处于流变稳定状态，构建的流变模型可表示为M-K-B模型，并对模型进行了求解。提出了深井巷道围岩锚固体流变的基本控制模式为：控制破碎围岩，合理选择支护参数，实现锚固体流变受控；分析了各因素对围岩锚固体流变稳定性的影响，即巷道围岩锚固体流变稳定性主要与巷道所处应力水平、锚固厚度、断面尺寸及加锚弹模有关，应力水平与断面尺寸越大，围岩锚固体位移（变形）越大，锚固厚度与加锚弹模越大，围岩锚固体位移（变形）则越小。课题结合具体工程实例确定了深井巷道围岩锚固体流变控制的基本锚杆支护参数（锚杆间排距、锚杆直径及锚杆长度等），且理论计算与现场实测结果较为吻合，围岩锚固体流变受控，巷道支护效果显著。课题研究结果为深井巷道围岩控制提供了理论基础。.课题研究成果获得省部级科技进步奖2项，发表论文7篇，授权实用新型专利2项，培养博士生2人，硕士生10人。