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上篇 基础试验研究成果1

1 工程地质特征分析1

1.1 地层1

1.1.1 区域地层1

1.1.2 许疃煤矿矿井地层3

1.1.3 袁店一井煤矿矿井地层3

1.2 构造3

1.2.1 区域构造特征3

1.2.2 区域构造的几个基本事实5

1.2.3 区域构造成因浅析5

1.2.4 许疃煤矿矿井构造6

1.2.5 袁店一井煤矿矿井构造6

1.3 煤岩层岩性特征及物理力学性质8

1.3.1 许疃煤矿煤岩层特征及物理力学性质8

1.3.2 袁店一井煤矿岩层特征及物理力学性质9

1.4 矿井水文地质14

1.4.1 区域矿井水文地质特征14

1.4.2 许疃煤矿矿井涌水量14

1.4.3 袁店一井煤矿矿井涌水量15

2 地应力测试16

2.1 许疃煤矿原始地应力测试（套筒致裂法）16

2.1.1 套筒致裂法的弹性理论基础16

2.1.2 套筒致裂法地应力测试的基本原理18

2.1.3 套筒致裂法地应力测试仪器22

2.1.4 套筒致裂法地应力测试步骤24

2.1.5 许疃煤矿原始地应力测试过程简述25

2.2 袁店一井煤矿原岩应力测试（套芯应力解除法）31

2.2.1 套芯应力解除法简介31

2.2.2 袁店一井煤矿地应力测量所需仪器34

2.2.3 应力计读数与地应力的关系37

2.2.4 袁店一井煤矿地应力测量过程40

2.2.5 袁店一井煤矿原岩应力实测结果42

3 工业试验巷道围岩物理力学性质测试试验45

3.1 许疃煤矿试验巷道围岩物理力学性质测试45

3.1.1 综述45

3.1.2 测试试件展示45

3.1.3 测试结果48

3.1.4 测试结果汇总49

3.2 袁店一井煤矿试验巷道围岩物理力学性质测试49

3.2.1 试件数量49

3.2.2 测试系统及部分测试试件展示50

3.2.3 泥岩抗压强度测试结果51

3.2.4 泥岩抗拉强度测试结果51

3.2.5 泥质砂岩抗压强度测试52

3.2.6 泥质砂岩抗拉强度测试结果52

3.3 试验巷道围岩流变性能测试52

3.3.1 试验设备和方案52

3.3.2 试验方案53

3.3.3 试验数据采集53

3.3.4 泥岩的流变特性试验结果分析53

3.3.5 砂质泥岩的流变特性试验结果分析54

3.3.6 流变性能测试综合结论55

4 化学成分分析56

4.1 试验仪器及条件56

4.2 化学成分分析波谱56

4.2.1 许疃煤矿取样岩石化学成分分析56

4.2.2 袁店一井煤矿取样岩石化学成分分析58

4.3 化学成分分析结论64

4.3.1 许疃—720水平井底车场泥岩与砂质泥岩的化学成分分析结论64

4.3.2 袁店一井煤矿化学成分分析结论65

5 松动圈测试66

5.1 许疃33暗斜井（已掘部分）松动圈测试66

5.1.1 测试地点66

5.1.2 测试结果66

5.1.3 测试结果分析69

5.1.4 总结69

5.2 袁店一井煤矿33回风大巷松动圈测试69

5.2.1 本次松动圈测试的主要目的69

5.2.2 测试地点选择70

5.2.3 测试仪器70

5.2.4 测试原理70

5.2.5 测试步骤73

5.2.6 现场测试原始数据73

5.2.7 测试结果及相关分析74

5.2.8 总结77

6 巷道围岩蠕变规律变形监测（前期）78

6.1 许疃煤矿33进风暗斜井蠕变规律监测78

6.1.1 测站位置选择78

6.1.2 测站内测点布置78

6.1.3 测点安设方法78

6.1.4 测试仪器80

6.1.5 观测结果整理81

6.1.6 结论85

6.2 袁店一井煤矿33采区回风大巷变形观测85

6.2.1 观测点位设置87

6.2.2 测站内断面测点布置87

6.2.3 测点安设方法87

6.2.4 观测结果整理88

6.2.5 观测结果分析116

6.3 总结116

中篇 理论研究成果117

7 巷道变形特征与变形因素分析117

7.1 软岩巷道变形破坏特征118

7.2 巷道变形因素分析119

7.2.1 原生因素119

7.2.2 次生因素121

7.2.3 支护因素126

7.2.4 围岩变形根本因素总结126

8 围岩变形机理分析128

8.1 岩石变形性质分类128

8.2 围岩变形区域划分128

8.3 围岩变形、破坏的形式129

8.3.1 强度破坏129

8.3.2 蠕变130

8.3.3 蠕变导致围岩力学性能大幅下降并最终发生强度破坏130

8.4 围岩松动圈发生与发展机理130

8.4.1 围岩松动圈发生机理130

8.4.2 围岩松动圈发展机理131

8.5 围岩质点蠕变动力演化规律131

8.5.1 应力集中程度的不断提高导致围岩蠕变动力不断增强132

8.5.2 工程地质条件对围岩蠕变动力演变规律的影响132

8.5.3 支护强度对围岩蠕变动力变化规律的影响133

8.5.4 围岩性质变化对围岩蠕变动力的影响135

8.5.5 围岩蠕变动力演变规律的总结136

9 围岩变形控制机理分析137

9.1 本项目围岩变形控制的基本思想137

9.2 围岩变形控制机理研究137

9.2.1 围岩质点应力状态控制策略研究137

9.2.2 围岩质点应力状态控制措施研究137

9.3 试验巷道支护设计原理概述140

9.3.1 许疃煤矿33采区进风暗斜井支护设计方案与原理140

9.3.2 袁店一井煤矿4条巷道支护设计方案与原理145

9.4 总结151

下篇 数值模拟研究成果152

10 软岩层厚度对巷道影响的模拟152

10.1 巷道围岩蠕变动力演化152

10.2 模型简介153

10.2.1 模拟对象简介153

10.2.2 数值分析思路153

10.3 数值计算过程简述154

10.3.1 不同岩性岩石巷道模拟154

10.3.2 软岩厚度逐步增加时巷道变形情况的模拟162

10.4 总结169

11 不同支护对巷道变形影响的模拟170

11.1 模拟对象170

11.2 模型概述170

11.2.1 模型尺寸170

11.2.2 边界条件170

11.2.3 材料属性173

11.2.4 模拟步骤173

11.3 计算结果分析176

11.3.1 裸巷的分析177

11.3.2 衬砌、锚杆支护178

11.3.3 组合支护178

11.4 结论181

12 锚壳组合支护与锚架组合支护强度对比分析182

12.1 有限元数值计算模型基本概况182

12.2 模型概述184

12.2.1 模型总体设计概况184

12.2.2 边界条件186

12.2.3 材料参数186

12.2.4 求解步骤和模拟方案187

12.3 计算结果定性分析188

12.3.1 混凝土喷层Mises应力定性对比189

12.3.2 混凝土喷层位移定性对比190

12.4 计算结果定量分析192

12.4.1 位移路径上应力对比192

12.4.2 所选取关键点位移对比及蠕变分析194

12.5 结论195

附录A 现场工业性试验196

A.1 许疃煤矿现场工业性试验196

A.1.1 许疃煤矿现场工业试验巷道概况196

A.1.2 现场工业性试验方案设计197

A.1.3 许疃煤矿33采区进风暗斜井工业试验效果监测197

A.2 袁店一井煤矿现场工业性试验207

A.2.1 袁店一井煤矿现场工业性试验巷道概况207

A.2.2 工业性试验方案设计211

A.2.3 工业性试验巷道监测方案211

A.3 现场工业性试验结果总结221

附录B 经济效益分析222

B.1 项目基本概况222

B.1.1 项目来源222

B.1.2 项目研究背景和意义222

B.1.3 项目的主要研究成果223

B.2 推广应用前景分析223

B.2.1 煤矿巷道现状223

B.2.2 煤矿巷道变形控制研究中存在的问题224

B.2.3 本项目成果的推广优势225

B.3 经济效益分析225

B.3.1 项目应用情况225

B.3.2 经济效益情况226

B.3.3 经济效益前景分析230

B.4 社会效益分析231

参考文献232