【摘 要】
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在深部开采条件下,巷道围岩受“三高一扰动”影响,动力灾害频发,给煤矿的安全生产带来巨大风险。在静态载荷的作用下,巷道围岩周边一定范围处于破碎区内,残余强度很低,支护强度有限。当受采动、岩层断裂、放炮等采掘活动的影响,在静态载荷上突然叠加上动态载荷,使得巷道的应力平衡再次被打破,破坏进一步向深部延伸,严重的可能诱发岩爆、煤爆等等动力学破坏。工程实践表明,在破碎区内注浆,浆液使得破碎的岩体重新胶结在一
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在深部开采条件下,巷道围岩受“三高一扰动”影响,动力灾害频发,给煤矿的安全生产带来巨大风险。在静态载荷的作用下,巷道围岩周边一定范围处于破碎区内,残余强度很低,支护强度有限。当受采动、岩层断裂、放炮等采掘活动的影响,在静态载荷上突然叠加上动态载荷,使得巷道的应力平衡再次被打破,破坏进一步向深部延伸,严重的可能诱发岩爆、煤爆等等动力学破坏。工程实践表明,在破碎区内注浆,浆液使得破碎的岩体重新胶结在一起,固化后形成破碎岩石固结体（结石体）,具有一定的强度,可以为深部岩体提供一定的支护抗力,稳固破碎区外围岩体。本文在查阅相关文献的基础上,通过砂岩尺寸效应与应变率效应的关联性试验,得出了合理的试件长度。围绕破碎岩石固结体的动态力学特性,开展了不同种类浆液、不同煤岩体颗粒形成的破碎岩石固结体的静态、动态力学试验,揭示了浆液胶结体强度、颗粒强度与破碎岩石固结体强度在静态、动态载荷作用下的相互关联性及破坏演化规律,分析了浆液加固裂隙岩体的力学机理,建立了浆液加固裂隙岩体的动态力学本构模型。基于莫尔库伦强度准则,建立了浆液加固后的巷道围岩力学模型。采用静态动态耦合分析的方法,建立了冲击载荷作用下注浆加固巷道围岩的数值分析模型,对基于研究结果改进的注浆料进行了现场工业性试验。研究结果对于注浆加固裂隙岩体工程和抗冲击浆液的研发具有一定参考价值。通过研究,本文主要得出以下结论:（1）通过调整气压和冲头加速行程可以精确控制冲头速度,按照冲头速度与长度比值相等的方式进行加载,可以使不同长度试件获得近似相等的应变率。当直径50 mm砂岩试件的长径比在0.5-0.8时,由尺寸效应引起的强度变化与由应变率引起的强度变化基本相当,当长径比大于0.8,尺寸效应的影响程度远大于应变率效应。因此建议直径50 mm砂岩试件的合理长径比范围为0.5-0.8。（2）浆液固结体的破坏强度决定于骨料颗粒强度、浆液胶结体强度、交界面强度三者的最小值。水泥浆液固结体沿浆液与颗粒交界面滑移呈脆性破坏,其强度与水泥种类有关,与水泥强度关系不明显。环氧树脂浆液固结体呈塑性破坏,与砂岩形成的固结体沿浆液胶结体破坏,与煤形成的固结体沿颗粒破坏面滑移。改性环氧树脂砂岩固结体的静态强度低于水泥砂岩固结体,但吸收能和耗散能高于水泥砂岩固结体。（3）水泥胶结体、水泥浆液固结体、改性环氧树脂浆液固结体的动态抗压强度随着应变率的增大而增大,浆液固结体的抗压强度动态增强因子与应变率的对数呈二次曲线关系。改性环氧树脂砂岩固结体抗冲击能力优于水泥砂岩固结体,耗散能密度大于水泥浆液固结体。不同强度水泥浆液固结体的耗散能密度差异较小,改性环氧树脂浆液固结体的耗散能密度与颗粒强度相关。（4）通过定义修复程度因子定量描述修复效果,结果显示改性环氧树脂修复裂隙的效果优于水泥浆液,改性环氧树脂修复过的裂隙岩石与完整岩石性质近似,但在低速冲击情况下,水泥浆填充砂质泥岩裂隙后获得强度高于改性环氧树脂。建立了基于朱王唐模型改进的黏弹性损伤本构模型,可以较好的拟合注浆加固的裂隙岩体在冲击载荷作用下的应力应变曲线。（5）基于莫尔库伦强度准则,建立了注浆加固后巷道围岩的力学模型,通过分析表明注浆加固后可以有效阻止巷道塑性区和高应力区往深部岩体发展。采用静态动态耦合分析的方法,建立了动态冲击载荷作用下巷道围岩的力学模型,巷道围岩在迎冲击面和相邻区域塑性区范围增大,背离冲击面巷道影响较小。注浆加固后,可有效控制巷道围岩的高应力区向深部转移。（6）现场工业性试验研究表明,基于提高注浆料的粘结力、降低干缩率研制的煤矿专用注浆水泥,注浆加固效果优于普通硅酸盐425水泥。图138表20参165
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