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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