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1 绪论1

1.1 研究背景及意义1

1.2 国内外研究现状2

1.2.1 巷道围岩压力理论研究现状2

1.2.2 巷道支护理论研究现状3

1.3 围岩稳定原理与控制技术研究8

1.3.1 巷道围岩压力及影响因素研究8

1.3.2 巷道围岩控制原理与方法9

1.4 大断面巷道围岩稳定控制难题9

1.4.1 巷道影响带增大9

1.4.2 支护难度加大10

1.4.3 施工难度加大10

1.5 大断面换装硐室在王庄矿中的应用11

1.6 研究思路12

2 工程地质条件分析13

2.1 井田地质条件分析13

2.2 生产地质条件分析14

2.2.1 巷道布置状况14

2.2.2 岩层赋存特征分析15

2.2.3 岩石力学实验16

2.2.4 地应力分析17

2.3 本章小结17

3 围岩稳定性断面尺寸效应研究18

3.1 断面尺寸效应原理18

3.1.1 围岩变形机制研究18

3.1.2 硐室断面尺寸对围岩变形的影响机制20

3.2 巷道断面尺寸效应数值模拟研究22

3.2.1 数值计算模型22

3.2.2 断面尺寸对围岩位移影响23

3.2.3 断面尺寸对围岩塑性区特征影响25

3.2.4 断面尺寸对围岩应力影响27

3.3 本章小结27

4 硐室围岩应力计算分析32

4.1 围岩压力分类32

4.1.1 松散压力32

4.1.2 形变压力32

4.1.3 冲击压力33

4.1.4 膨胀压力33

4.2 影响围岩压力的因素33

4.2.1 地质因素33

4.2.2 工程因素34

4.3 轴对称条件下围岩应力与变形的弹塑性分析35

4.3.1 假定塑性区c、？值为常数35

4.3.2 黏结力c沿塑性区深度下降时塑性区的应力方程及其半径40

4.4 围岩形变压力计算42

4.4.1 λ＝1圆形巷道形变压力的解析计算法42

4.4.2 巷道形变压力的数值计算方法45

4.5 围岩松散压力计算45

4.5.1 浅埋巷道上松散压力传统计算方法45

4.5.2 浅埋硐室上松散压力修正计算方法48

4.5.3 深埋硐室上松散压力传统计算方法49

4.5.4 侧向围岩压力的传统计算方法49

4.6 本章小结50

5 大断面硐室围岩破坏机理研究51

5.1 支架换装硐室围岩破坏类型51

5.1.1 松动破坏51

5.1.2 拉断破坏52

5.1.3 剪切破坏53

5.1.4 岩爆破坏53

5.1.5 膨胀变形53

5.2 支架换装硐室底板底鼓破坏类型54

5.2.1 膨胀型底鼓54

5.2.2 压力型底鼓54

5.3 支架换装硐室围岩破坏机理分析55

5.3.1 断面尺寸因素55

5.3.2 围岩性质因素55

5.3.3 围岩应力因素56

5.3.4 支护结构因素56

5.4 支架换装硐室底板底鼓破坏机理分析56

5.5 邻近巷道对大断面硐室围岩稳定性影响分析57

5.5.1 数值计算模型57

5.5.2 数值计算结果分析59

5.6 本章小结66

6 大断面硐室围岩控制机理研究68

6.1 大断面硐室围岩稳定控制原则68

6.2 锚喷支护作用原理69

6.2.1 锚杆支护作用原理69

6.2.2 喷射混凝土作用原理69

6.2.3 锚喷支护的力学原理69

6.2.4 钢筋网的作用原理70

6.2.5 喷锚网联合支护作用原理71

6.3 高预应力锚杆支护理论和作用机理71

6.3.1 高预应力锚杆支护理论71

6.3.2 高预紧力锚杆支护作用机理71

6.4 锚索及注浆锚索支护作用原理72

6.4.1 锚索支护作用原理72

6.4.2 注浆锚索支护作用原理73

6.5 协同锚固对大断面硐室围岩控制作用75

6.5.1 协同锚固的基本特征76

6.5.2 协同锚固系统的构成76

6.6 协同锚固作用机理77

6.6.1 锚杆（索）系统内部的协同作用77

6.6.2 锚杆（索）系统与围岩系统的协同锚固78

6.7 本章小结80

7 大断面硐室围岩控制技术研究82

7.1 支护方案的提出82

7.1.1 支护方案一82

7.1.2 支护方案二83

7.1.3 支护方案三86

7.2 支架换装硐室支护方案的确定88

7.2.1 设计方案的选择88

7.2.2 锚杆参数的确定90

7.2.3 锚索参数的确定93

7.2.4 支护材料94

7.2.5 支护布置96

7.3 大断面硐室底鼓控制技术研究96

7.3.1 底板支护方案数值模拟研究96

7.3.2 底板锚索支护设计方案98

7.4 本章小结101

8 大断面支护换装硐室施工技术102

8.1 大断面换装硐室布置及支护设计102

8.1.1 换装硐室布置102

8.1.2 换装硐室断面特征102

8.1.3 换装硐室支护方案104

8.2 大断面换装硐室施工工艺111

8.2.1 换装硐室施工方案111

8.2.2 换装硐室凿岩方式111

8.2.3 爆破作业112

8.2.4 装、运岩方式120

8.2.5 管线及轨道敷设120

8.2.6 设备及工具配备121

8.3 围岩监测结果及分析121

8.3.1 围岩变形监测121

8.3.2 监测结果分析123

8.4 本章小结129

9 综合效益分析130

9.1 技术效益分析130

9.2 经济效益分析130

9.3 社会效益分析132

9.4 本章小结132

10 主要结论133

参考文献135