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1 绪论1

1.1 研究背景及意义1

1.2 研究现状1

1.2.1 深部软弱煤岩巷道帮部煤岩松动破碎变形分析1

1.2.2 深部软弱煤岩巷道帮部表面变形随时间演化不同阶段相关性及与松动破碎关联性分析4

1.2.3 煤岩稳定性标准与预分类及工程判据研究4

1.2.4 深部软弱煤岩巷道复合顶板离层规律研究5

1.2.5 深部软弱煤岩巷道合理支护形式及支护参数选择7

1.3 研究内容9

1.3.1 深部软弱煤岩稳定性判别9

1.3.2 深部软弱煤岩巷道复合顶板离层稳定性判别9

1.3.3 深部软弱煤岩巷道合理支护形式及参数研究9

1.4 研究成果工程应用实例10

2 深部软弱煤岩变形稳定性判据12

2.1 基于深部软弱煤岩巷道表面变形随时间变化的稳定性判据12

2.1.1 深部软弱煤岩变形随时间变化规律分析12

2.1.2 深部软弱煤岩巷道表面变形随时间变化的典型形式16

2.1.3 体积不可压缩巷道表面变形和围岩塑性圈形成、发展关系分析17

2.1.4 基于二次蠕变的巷道围岩稳定性判别22

2.1.5 深部巷道软弱煤岩稳定性判别24

2.1.6 深部软弱煤岩稳定性早期判别25

2.1.7 深部软弱煤岩二次支护合理时段确定26

2.1.8 基于深部软弱煤岩二次蠕变速度衰减系数的工程判别26

2.2 基于位移梯度的深部软弱煤岩稳定性判别28

2.2.1 基于位移梯度的深部软弱煤岩巷道松动圈厚度估算28

2.2.2 基于位移梯度的巷道煤岩碎胀程度估算35

2.2.3 基于位移梯度的松动圈厚度及碎胀程度的工程实测41

3 深部软弱煤岩复合顶板层间离层稳定性判别46

3.1 复合顶板离层46

3.1.1 顶板离层46

3.1.2 测量方法46

3.1.3 复合顶板层间离层分离方法47

3.2 复合顶板层间离层数值计算模型55

3.2.1 计算模型55

3.2.2 复合顶板材料力学参数56

3.2.3 网格划分56

3.2.4 层间结构面模拟方法57

3.3 深部软弱煤岩巷道复合顶板层间离层数值模拟正交试验61

3.3.1 正交试验简介61

3.3.2 正交试验方案61

3.3.3 数值计算结果及分析63

3.3.4 深部开采复合顶板结构面分离力学机理69

3.3.5 深部巷道复合顶板层间离层分布现场实测70

3.4 深部开采复合顶板结构面分离稳定性标准71

3.4.1 计算结果及分析71

3.4.2 深部巷道复合顶板结构面分离范围临界值确定73

3.5 深部软弱煤岩巷道结构面层间离层及离层临界值确定75

3.6 深部软弱煤岩巷道复合顶板离层稳定性影响因素分析77

3.6.1 深部软弱煤岩巷道结构面分离范围及临界值影响分析77

3.6.2 深部软弱煤岩巷道复合顶板层间离层及临界值影响因素分析80

3.6.3 深部巷道复合顶板离层稳定性合理判据选择及稳定性工程判别82

3.6.4 深部巷道复合顶板结构面离层稳定性工程判别82

4 深部软弱煤岩巷道合理支护形式及参数选择83

4.1 煤岩-支架相互作用分析83

4.1.1 深部软弱煤岩巷道表面变形理论计算83

4.1.2 深部软弱煤岩巷道表面变形影响因素84

4.1.3 支架受载现场实测91

4.1.4 煤岩-支架相互作用分析94

4.1.5 现场实测结果分析96

4.1.6 煤岩-支架相互作用分析97

4.2 深部软弱煤岩巷道不同支护形式极限承载力和合理支护参数确定97

4.2.1 梯形棚支护容许承载力和合理支护参数确定97

4.2.2 U形棚支架容许承载力和合理支护参数确定100

4.2.3 锚杆支护参数确定101

4.2.4 锚杆与金属支架组合支护合理支护参数确定102

4.3 深部软弱煤岩巷道合理支护形式及参数选择103

4.4 深部软弱煤岩巷道预应力锚杆（索）组合支护合理支护参数选择104

5 新集三矿-550m水平运输巷合理支护形式及参数确定112

5.1 工程概况112

5.2 原巷道支护不稳定性分析113

5.3 合理支护形式和参数确定114

5.4 不同支护形式极限承载力114

5.4.1 梯形棚支架极限承载力114

5.4.2 U形棚支架极限承载力115

5.4.3 锚杆支护极限承载力115

5.5 深部软弱煤岩巷道合理支护形式选择115

5.5.1 修复巷梯形棚支护巷道煤岩表面变形实测115

5.5.2 合理支护形式的“动态”选择119

5.6 不同支护形式合理支护参数确定及现场验证120

5.6.1 U形棚合理支护参数确定及现场验证120

5.6.2 修复巷部分地段梯形棚支护合理参数确定及现场验证121

5.6.3 锚喷支护现场使用122

5.6.4 水泥背帮设计124

5.7 “适时”及“适地”帮部锚杆二次支护125

5.8 新集三矿-550m运输巷合理支护形式选择及参数确定操作流程126

5.9 支护效果对比128

6 新集一矿厚煤层全煤巷道合理支护形式及参数选择129

6.1 工程概况129

6.2 全煤巷道围岩变形特点129

6.3 梯形棚支架受荷及稳定性分析131

6.3.1 梯形棚腿最大容许承载力估算131

6.3.2 梯形棚梁最大容许承载力估算132

6.4 全煤巷道梯形棚支护存在问题分析133

6.4.1 梯形棚梁弯曲、扭转分析133

6.4.2 梯形棚腿弯曲、扭转分析133

6.5 围岩变形保持稳定支护反力确定134

6.6 新集一矿全煤巷道合理支护形式选择134

6.7 新集一矿全煤巷道合理支护参数确定135

6.7.1 梯形棚支护参数135

6.7.2 锚杆支护参数确定135

6.7.3 锚索支护参数135

6.8 211302风巷合理支护形式及参数确定136

6.8.1 工程概况136

6.8.2 合理支护形式选择136

6.8.3 合理支护参数确定136

6.9 新集一矿261302风巷合理支护形式选择及参数确定142

6.9.1 工程概况142

6.9.2 原巷道支护效果143

6.9.3 合理支护形式确定143

6.9.4 合理支护参数143

7 口孜东矿11煤顶板离层临界值确定及合理支护选择146

7.1 工程概况146

7.2 巷道支护147

7.3 顶板地质条件147

7.4 顶板离层监测147

7.5 现场实测测点布置148

7.6 复合顶板层间离层数值模拟分析148

7.6.1 数值计算模型148

7.6.2 数值计算结果及分析149

7.7 顶板离层现场观测及结果分析153

7.7.1 巷道顶板离层现场观测153

7.7.2 顶板离层仪观测154

7.7.3 钻孔摄像仪观测155

7.7.4 十字拉线法观测156

7.8 现场实测结果156

7.8.1 KJ327-F型矿压监测分站现场实测结果156

7.8.2 HBY-300C型顶板离层仪的现场实测结果158

7.8.3 YTJ20型岩层探测记录仪实测结果161

7.8.4 十字拉线法巷道帮部及顶底位移观测166

7.9 数据处理169

7.9.1 复合顶板离层随时间变化169

7.9.2 复合顶板层间离层分离171

7.10 工程实测结果分析172

7.10.1 多点位移计实测结果分析172

7.10.2 顶板离层仪实测数据分析172

7.10.3 十字拉线法实测数据分析173

7.11 层间离层分离173

7.12 钻孔摄像法对分析结果验证177

7.13 口孜东矿11-2煤巷道顶板层间离层临界值确定178

7.14 口孜东矿11-2煤巷道顶板塑性变形临界值确定178

7.15 口孜东矿11-2煤巷道顶板离层临界值确定179

7.16 口孜东矿11-2煤巷道顶板离层稳定性判别179

7.17 巷道顶板合理支护形式及参数分析179

7.17.1 巷道顶板离层特征分析179

7.17.2 深部软弱煤岩巷道复合顶板合理支护形式及参数选择180

参考文献182