本项目以巨野矿区典型的深井煤矿-赵楼煤矿为工程背景，针对深部高地应力作用下厚顶煤巷道支护难题，通过现场实测、理论分析、材料研发、数值分析、模型试验及现场试验等手段相结合的方法，对深部厚顶煤巷道的变形破坏及围岩控制机理进行研究。 项目主要对通过深部厚顶煤巷道变形破坏规律现场实测研究，得到了赵楼煤矿深部厚顶煤巷道顶板围岩不可控的主要原因及机制。基于塑性力学的极限分析理论，采用广义Hoek-Brown经验强度准则，推导出了巷道顶板冒落的迹线方程，讨论了不同岩体力学参数、围岩应力水平与支护荷载大小对顶板冒落范围的影响。提出了深部厚顶煤巷道“先控后让再抗”的耦合让压强力支护理念，改进了自主研发的让压型锚索箱梁支护系统。研制了新型柔性均布压力加载装置，基于赵楼煤矿3302工作面顺槽地质条件，针对让压型锚索箱梁支护系统两种典型支护方案（纵梁支护方案和横梁支护方案）下的开挖支护过程进行了地质力学模型试验研究，得到了不同支护方案的巷道围岩应力演化规律、围岩变形规律及支护构件的受力特性。建立了锚索梁支护系统对顶板围岩作用的三维力学模型，对锚索梁支护系统不同布置方式作用下的顶板围岩应力状态进行了分析，结果显示：纵横组合方案在顶板围岩中形成的围压状态最佳，其次为纵向单梁方案。在典型工程赵楼煤矿设计并实施了让压型锚索箱梁支护系统、工字钢锚索梁支护系统及T型钢带锚索梁支护系统、U型钢带锚索梁支护系统4大类14种数值试验和3大类11种方案的现场试验。研究表明：让压型锚索箱梁支护系统各方案比原支护方案效果显著提高；让压型锚索箱梁支护系统围岩控制效果整体优于工字钢锚索梁支护系统且经济性高；让压型锚索箱梁4种支护方案中，巷道围岩控制效果最好的为纵横组合方案，其次为纵向单梁方案，再次为纵向双梁方案，最后为横梁方案。 通过理论计算、数值试验与现场试验结果综合分析，最终得到了深部厚顶煤巷道围岩变形破坏机理及让压型锚索箱梁控制机制。 2100433B

深部厚顶煤巷道围岩的破裂范围大，顶板煤体整体强度低，极易出现离层，顶板事故频发。造成上述问题的根本原因在于深部复杂地质条件下该类巷道的破坏机理不明确，控制理念与方法存在分歧。本项目拟以巨野矿区为工程背景，研究深部厚顶煤巷道围岩典型破坏模式，建立不同失稳破坏模式所对应的地质模型。在此基础上，研发大型三维地质力学模型试验系统，通过地质模型对比试验，研究围岩失稳破坏机理。同时，建立深部厚顶煤巷道顶板失稳破坏的理论分析力学模型，运用能量耗散最小原理，得出顶板失稳的力学判据，研究顶板围岩破坏机制。基于围岩失稳破坏机理及关键影响因素，提出深部厚顶煤巷道围岩控制理念，改进自主研发的让压型锚索箱梁支护系统，建立支护系统耦合性能定量评价指标，并通过模型试验与现场对比试验，完善深部厚顶煤巷道失稳破坏理论，优化支护系统。本项目研究成果将为解决深部厚顶煤巷道的围岩控制难题提供理论依据与技术指导。

钻孔卸压具有转移高应力、改善巷道维护状况、施工方便等优点，但该方法的应用会再次扰动、弱化开挖卸荷后的煤岩体结构，巷道（尤其深部巷道）维护难易与卸压程度、支护时机等因素密切相关，合理控制卸压程度、开发相应控制技术是应用钻孔卸压解决深部巷道支护难题的关键。为此，本课题主要开展以下内容研究：（1）研究钻孔卸压煤岩体峰后损伤力学特性，揭示深部钻孔卸压巷道应力场演化特征与强度损伤规律，为研究深部巷道钻孔卸压机理提供依据。（2）分析钻孔卸压对深部巷道围岩稳定的动态作用机理，确定深部巷道合理的钻孔卸压参数和适用条件，揭示深部巷道钻孔卸压机理。（3）建立深部钻孔卸压巷道锚注支护结构的流变-损伤力学模型，揭示钻孔卸压与锚注支护结构相互作用的时效性与稳定控制机理，确定合理卸压程度、相应动态控制技术和时机，为研究深部巷道围岩钻孔卸压-支护方法提供依据。

深部高应力巷道围岩稳定控制问题严重影响着深部煤炭资源的安全高效开采，卸压技术是控制该类巷道围岩大变形的有效方法之一，但其缺乏完整的技术体系。本文综合运用室内试验、理论计算、数值模拟及现场工业性试验等方法，系统研究了深部巷道钻孔卸压机理与围岩稳定控制技术，取得如下研究成果： （1）采用室内加卸载试验的方法，将岩样加载至峰后应变软化段各目标点后卸载，获取了不同损伤程度的初始损伤岩样，采用多级围压多次峰值屈服试验方法测定了初始损伤岩样的力学参数，选取塑性剪切应变 表征岩样的损伤变量，拟合得到 与损伤岩样强度参数的函数关系，初步建立了深部巷道围岩强度衰减模型。 （2）建立了围岩塑性扩容变形与卸压钻孔参数间的关系，并分析了卸压钻孔单孔作用范围，初步提出了卸压钻孔参数的理论确定依据。系统研究了卸压钻孔方位、卸压时机及钻孔参数（长度、直径和间排距）对深部巷道围岩稳定性的作用规律，提出了影响钻孔卸压效果的各因素的确定原则。 （3）分析了不同卸压程度下深部钻孔卸压巷道围岩的流变特征，研究了不同二次支护时机、二次锚注强度及范围对巷道围岩流变变形的控制效果，确定了试验巷道合理的二次锚注强度及范围。 （4）研究了卸压钻孔与巷道一次支护结构受力的相互作用关系，提出了深部巷道围岩“卸压-支护”控制技术体系。 （5）结合张双楼矿-1000m西大巷的生产地质条件，展开了现场工业性试验。现场应用表明，巷道采用“卸压-支护”技术后，可有效转移巷道围岩周边高应力，消除支护结构的非协调受力现象，促使支护结构与围岩形成统一、均衡的承载结构，共同抵抗围岩的剧烈变形，同时，该技术方案简单易行，可在类似条件下的深部巷道围岩控制领域推广应用。 2100433B

《深部软岩巷道围岩稳定性分析与控制技术》系统地介绍了作者近年来在深部软岩巷道围岩稳定性分析与控制技术方面的研究成果。全书共分8章，详细论述了深部软岩巷道围岩的变形破坏特征、变形破坏机理以及巷道围岩稳定性控制技术。主要内容包括：深部软岩巷道围岩变形破坏特征分析、深部软岩巷道地应力实测分析、深部软岩巷道围岩岩性与破坏机理分析、深部软岩巷道围岩松动圈实测分析、深部软岩巷道围岩稳定性控制技术、深部软岩巷道稳定性控制数值分析、深部软岩巷道围岩稳定性控制效果分析等。

《深部软岩巷道围岩稳定性分析与控制技术》可供采矿工程、矿井建设工程、岩土工程、地下工程等专业的研究生和科研人员参考，也可供从事以上专业设计和施工的工程技术人员参考。