深井采动巷道围岩流变和结构失稳理论与实践

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《深井采动巷道围岩流变和结构失稳理论与实践=Theory and Application of Rock Rheology and Structural Instability in Deep Mining-Damaged Roadways》是“十三五”国家重点研发计划课题“千米深井强采动巷道围岩大变形与破坏机理”的研究成果。随着浅部资源的日益枯竭，深部开采将成为煤炭资源开发的常态，“三高一扰动”复杂力学环境下巷道围岩劣化、大变形和破坏机理一直是困扰深部煤炭安全高效开采的难题。《深井采动巷道围岩流变和结构失稳理论与实践=Theory and Application of Rock Rheology and Structural Instability in Deep Mining-Damaged Roadways》提出了强采动、围岩大变形的概念，建立了强采动巷道围岩大变形理论概念模型，阐明了千米深井强采动巷道围岩劣化与强度衰减规律，揭示了高地应力与强采动叠加作用下岩体流变效应及大变形机理，总结了千米深井长时强采动巷道围岩结构失稳及破坏模式，并提出了相应控制原则，为我国深部矿井采动巷道围岩稳定性控制提供了理论与实践借鉴。

《深井采动巷道围岩流变和结构失稳理论与实践=Theory and Application of Rock Rheology and Structural Instability in Deep Mining-Damaged Roadways》是“十三五”国家重点研发计划课题“千米深井强采动巷道围岩大变形与破坏机理”的研究成果。随着浅部资源的日益枯竭，深部开采将成为煤炭资源开发的常态，“三高一扰动”复杂力学环境下巷道围岩劣化、大变形和破坏机理一直是困扰深部煤炭安全高效开采的难题。《深井采动巷道围岩流变和结构失稳理论与实践=Theory and Application of Rock Rheology and Structural Instability in Deep Mining-Damaged Roadways》提出了强采动、围岩大变形的概念，建立了强采动巷道围岩大变形理论概念模型，阐明了千米深井强采动巷道围岩劣化与强度衰减规律，揭示了高地应力与强采动叠加作用下岩体流变效应及大变形机理，总结了千米深井长时强采动巷道围岩结构失稳及破坏模式，并提出了相应控制原则，为我国深部矿井采动巷道围岩稳定性控制提供了理论与实践借鉴。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 问题的提出 3
1.2 煤矿千米深井采动巷道变形特征 4
1.2.1 我国煤矿千米深井数量及分布 4
1.2.2 口孜东煤矿采动巷道条件 4
1.2.3 采动巷道变形特征 7
1.2.4 与现有巷道变形理论的差异 9
1.3 强采动巷道流变和结构失稳大变形理论框架 10
1.3.1 强采动与大变形的概念及内涵 10
1.3.2 强采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论框架 11
参考文献 12
第2章 巷道围岩劣化与强度衰减规律 15
2.1 口孜东煤矿煤岩基本物理力学性质 17
2.2 口孜东煤矿煤岩矿物组分与孔隙结构特征 20
2.2.1 煤岩材料X射线衍射实验 20
2.2.2 煤岩高分辨三维X射线显微成像 22
2.2.3 扫描电子显微镜细观裂隙结构与矿物颗粒 24
2.3 损伤试样动静载劣化机制 25
2.3.1 峰前卸荷损伤后岩石试样动静力学特性 25
2.3.2 循环冲击损伤后岩石试样动静力学特性 34
参考文献 42
第3章 偏应力与梯度应力诱导裂隙扩展规律 43
3.1 真三轴物理模拟试验系统研制 45
3.2 偏应力诱导裂隙扩展规律 45
3.2.1 巷道围岩的偏应力状态 45
3.2.2 双轴加载下偏应力对岩石破裂作用机制试验 47
3.2.3 真三轴加载下偏应力对岩石破裂作用机制试验 50
3.2.4 真三轴加卸载下偏应力对岩石破裂作用机制试验 53
3.3 泥岩在双轴压缩下的层裂机制 58
3.3.1 试验方案 59
3.3.2 泥岩双轴压缩的应力-应变特征 62
3.3.3 泥岩双轴压缩的层裂破坏过程 64
3.3.4 张拉层裂机制 66
3.3.5 层裂的影响因素 67
3.4 梯度应力诱导裂隙扩展规律 73
3.4.1 梯度应力作用下岩石变形破坏规律 73
3.4.2 梯度应力作用下岩石变形破坏机制 78
3.4.3 梯度应力下岩石变形破坏的影响因素分析 82
3.5 深井巷道围岩位移场、裂隙场时空演化规律现场测试 85
3.5.1 现场测试方案 85
3.5.2 围岩裂隙分布规律 87
3.5.3 围岩内部移动变形规律 89
3.6 深井强采动巷道锚杆全杆体轴力光纤光栅监测 91
3.6.1 全杆体轴力实时监测系统 91
3.6.2 现场测试方案 92
3.6.3 锚杆轴力变化规律 93
参考文献 98
第4章 高地应力与强采动叠加作用下岩体流变效应及大变形机理 101
4.1 岩石流变的晶格错动 103
4.1.1 岩石蠕变试验 103
4.1.2 岩石小尺寸试样长时蠕变仪的研制 105
4.1.3 砂岩长时蠕变晶格错动 107
4.2 卸荷流变本构模型及其二次开发 109
4.2.1 岩石卸荷流变特性 109
4.2.2 卸荷流变本构模型及流变效应模拟 119
4.2.3 千米深井回采巷道流变大变形模拟 125
4.3 巷道围岩锚固承载结构流变大变形 137
参考文献 139
第5章 深井采动巷道围岩结构失稳及破坏模式 141
5.1 巷道张拉破坏型失稳 143
5.2 巷道剪切破坏型失稳 144
5.3 巷道结构破坏型失稳 153
5.3.1 碎裂围岩结构破坏型失稳 153
5.3.2 动载结构破坏型失稳 161
5.4 支护对策 168
参考文献 169
第6章 工程实践 171
6.1 西部深井大断面煤巷顶板张拉破坏控制实践 173
6.1.1 工程地质条件及评估 173
6.1.2 巷道支护方案设计 177
6.1.3 矿压监测与效果分析 179
6.2 偏应力诱导巷道非均称破坏稳定控制实践 185
6.2.1 工程地质条件及评估 185
6.2.2 巷道支护方案设计 190
6.2.3 矿压监测与效果分析 193
6.3 深井煤巷岩体与锚固结构整体性流变控制实例 195
6.3.1 工程地质条件及评估 195
6.3.2 巷道支护方案设计 199
6.3.3 矿压监测与效果分析 204

《深井采动巷道围岩流变和结构失稳理论与实践=Theory and Application of Rock Rheology and Structural Instability in Deep Mining-Damaged Roadways》是“十三五”国家重点研发计划课题“千米深井强采动巷道围岩大变形与破坏机理”的研究成果。随着浅部资源的日益枯竭，深部开采将成为煤炭资源开发的常态，“三高一扰动”复杂力学环境下巷道围岩劣化、大变形和破坏机理一直是困扰深部煤炭安全高效开采的难题。《深井采动巷道围岩流变和结构失稳理论与实践=Theory and Application of Rock Rheology and Structural Instability in Deep Mining-Damaged Roadways》提出了强采动、围岩大变形的概念，建立了强采动巷道围岩大变形理论概念模型，阐明了千米深井强采动巷道围岩劣化与强度衰减规律，揭示了高地应力与强采动叠加作用下岩体流变效应及大变形机理，总结了千米深井长时强采动巷道围岩结构失稳及破坏模式，并提出了相应控制原则，为我国深部矿井采动巷道围岩稳定性控制提供了理论与实践借鉴。