采矿围岩破坏力学与全空间协同控制实践PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 矿山压力与岩层控制理论和技术进展 2

1.1.1 巷道围岩地应力测试 2

1.1.2 巷道围岩破坏行为 3

1.1.3 岩层破断与覆岩移动规律 6

1.1.4 围岩控制理论与技术方法 8

1.2 大采高综放开采围岩破断力学及控制理论方法 9

参考文献 10

第2章 大采高综放工作面巷道围岩地应力测试及反演分析 14

2.1 空心包体应力解除测量方法 15

2.1.1 基本介绍 15

2.1.2 测量原理 16

2.1.3 测量步骤 18

2.1.4 主要仪器设备 18

2.2 巷道围岩地应力测试 22

2.2.1 李村煤矿地应力测点选择 22

2.2.2 现场地应力测量 24

2.2.3 岩石弹性常数的确定 28

2.2.4 李村煤矿地应力测试结果 31

2.3 基于非连续变形分析方法的二维地应力反演 33

2.3.1 李村煤矿地质资料分析 33

2.3.2 李村煤矿二维地应力反演模型 34

2.3.3 李村煤矿二维地应力反演分析 36

2.4 基于人工神经元网络的三维地应力反演 43

2.4.1 反演区域及反演初始值的选取 43

2.4.2 李村煤矿三维反演地质模型 43

2.4.3 三维模型反演的自变量参数选取及训练样本的培育 45

2.4.4 BP神经元网络的建立及网络的适应性训练 49

2.4.5 网络自适应训练后的准确性检验 52

2.4.6 李村煤矿三维地应力BP神经元反演分析 54

参考文献 57

第3章 大采高综放工作面巷道围岩宏细观破坏力学 59

3.1 煤岩体的X衍射成分分析 60

3.2 煤岩常规荷载破坏力学行为 64

3.2.1 煤样的单轴破坏力学行为 64

3.2.2 岩石单轴压缩力学行为 66

3.2.3 岩石间接拉伸力学行为 68

3.2.4 岩石三轴力学行为 69

3.2.5 常规单轴和三轴岩石破坏模式 73

3.3 岩石的微细观破坏行为 73

3.3.1 弯曲破坏模式及载荷变形曲线 73

3.3.2 岩石的微观结构分析 77

3.4 采动加卸荷岩石破坏试验研究 78

3.4.1 试验样品和实验条件 78

3.4.2 常规三轴及采动加卸载实验方案 79

3.4.3 灰岩的采动加卸荷破坏实验 80

3.4.4 灰岩的常规三轴破坏实验 86

3.4.5 采动卸荷条件下灰岩的宏观断裂 87

3.4.6 采动加卸载速率的影响分析 89

3.5 采动加卸荷条件下岩石破坏的断裂力学分析 94

3.5.1 裂纹亚临界扩展行为 94

3.5.2 裂纹亚临界扩展与卸荷速率的关系 96

3.5.3 裂纹亚临界扩展机理 96

3.5.4 裂纹的应力强度因子研究 97

3.6 采动卸荷岩石破坏的理论模型初探及讨论 99

3.6.1 采动卸荷与常规破坏实验比较 99

3.6.2 采动卸荷破坏应力-应变关系模型 100

3.6.3 考虑尺度的Gurson模型 102

3.6.4 不同参数对破坏本构模型的影响分析 103

3.6.5 采动卸荷条件下岩石破坏的本构关系 104

3.6.6 本构模型初步验证及讨论 105

参考文献 108

第4章 大采高综放工作面覆岩移动规律及模型分析 110

4.1 覆岩移动深孔监测介绍 111

4.1.1 深部岩层移动监测介绍 111

4.1.2 监测仪器及方法 111

4.2 巷道围岩移动现场监测结果及分析 113

4.2.1 同孔不同深度岩层的绝对沉降变化量 113

4.2.2 不同孔同一层位岩层的绝对沉降变化量 118

4.2.3 同孔不同深度岩层相对沉降变化量 123

4.2.4 不同孔同一层位岩层的相对沉降量 128

4.3 巷道顶板破碎钻孔电视窥视结果 134

4.4 覆岩移动的复合关键层理论分析 136

4.4.1 覆岩控制中的关键层理论 136

4.4.2 覆岩关键层“悬臂梁”结构运动规律 137

4.4.3 覆岩的三带分析及垮落步距分析 138

4.4.4 覆岩移动的复合关键层分析 140

4.5 地表沉陷观测及分析 145

4.5.1 地表沉陷观测站设置 145

4.5.2 地表沉陷特征 145

4.5.3 覆岩破坏规律研究 147

4.6 覆岩移动的几何学理论分析 149

4.6.1 大采高开采对地表下沉影响 149

4.6.2 地表下沉随时间的变化 150

4.7 覆岩移动的数值分析 154

4.7.1 地质数值模型 155

4.7.2 开采沉陷数值模拟分析与研究 156

4.7.3 地表沉降量与回采的关系 158

4.7.4 有断层和无断层处的沉陷比较分析 159

参考文献 160

第5章 采矿MDDA的开发及其在采矿中的应用 162

5.1 不连续变形DDA基本理论 163

5.1.1 块体的变形及一阶位移模式 163

5.1.2 总体平衡方程 164

5.1.3 总体平衡方程求解 165

5.1.4 二维单一块体基本公式 166

5.2 采矿实时开挖模拟分析软件（MDDA）开发 169

5.2.1 开挖过程分析及基本假设 169

5.2.2 实时开挖在二维DDA中的实现 171

5.2.3 改进程序实现简单算例及其理论验证 175

5.2.4 MDDA软件使用说明 181

5.3 不同应力状态下采动覆岩移动规律及裂隙演化的MDDA模拟 184

5.3.1 采动岩层裂隙场模拟数值模型 184

5.3.2 采动岩层数值模型边界条件及单元开挖 186

5.3.3 水平垂直应力比为2∶1时采动应力场和位移场 189

5.3.4 水平垂直应力比为1.5∶1时采动应力场和位移场 202

5.3.5 水平垂直应力比为1∶1时采动应力场和位移场 205

5.3.6 水平垂直应力比为0.5∶1时采动应力场和位移场 206

5.3.7 水平垂直应力比为0∶1时采动应力场和位移场 208

5.3.8 典型的采动裂隙场的分布规律 210

5.3.9 不同应力状态下采动覆岩移动及裂隙演化分析与讨论 211

5.4 大采高综放工作面支架-围岩相互作用MDDA模拟 212

5.4.1 6203工作面地质概况及计算模型 212

5.4.2 覆岩移动的运移规律模拟 213

5.4.3 覆岩应力场变化规律 215

5.4.4 覆岩和顶煤移动规律 216

5.5 王庄矿陷落柱塌陷机理的非连续变形模拟研究 219

5.5.1 陷落柱数值模型建立及参数选择 219

5.5.2 倒漏斗型陷落柱的塌陷机理分析 221

5.5.3 柱型陷落柱的塌陷机理分析 222

5.5.4 漏斗型陷落柱的塌陷机理分析 226

参考文献 228

第6章 大采高综放工作面回采巷道底臌机理及模型研究 230

6.1 巷道底臌机理分析 230

6.1.1 巷道变形破坏特征 230

6.1.2 巷道挤压流动底臌机理 232

6.1.3 应力滑移线场模型及分析 233

6.2 底臌滑移线场控制效果数值模拟分析 240

6.2.1 7603工作面回风巷模型建立 241

6.2.2 底角锚杆对底臌滑移线场的控制效果分析 245

6.3 底臌滑移线场的优化数值模拟分析 261

6.3.1 底臌滑移数值模型建立 261

6.3.2 不同锚固长度对底臌滑移线场控制模拟分析 264

6.3.3 不同预应力对底臌滑移线场控制模拟分析 269

6.4 临近陷落柱巷道加固模型及分析 274

6.4.1 陷落柱形成的简化模型分析 274

6.4.2 临近陷落柱巷道加固段长度的理论模型 275

6.4.3 陷落柱高度对巷道加固影响的数值模拟分析 279

参考文献 281

第7章 大断面破碎巷道全空间桁架锚索协同支护技术 283

7.1 大采高综放工作面巷道围岩变形破坏特征 283

7.2 传统预应力桁架锚索支护研究现状 286

7.3 全空间预应力桁架锚索协同支护技术 288

7.3.1 全空间协同支护理念的提出 289

7.3.2 支护结构与支护原理 289

7.3.3 全空间协同支护的优越性分析 292

7.4 全空间协同支护方案设计与施工工艺 293

7.5 全空间协同支护数值模拟分析 294

7.5.1 数值计算模型建立 294

7.5.2 巷道顶板预应力场平面分布 295

7.5.3 巷道顶板预应力场三维空间分布 296

7.5.4 巷道围岩塑性破坏区分布 298

7.6 全空间协同支护监测反馈及效果 300

7.6.1 监测目的 300

7.6.2 监测内容 300

7.6.3 监测仪器 300

7.6.4 数据处理及日常监测记录表 301

7.6.5 实施效果 301

参考文献 301