随着采深的不断增加,深部开采所面临的问题也越来越复杂,例如巷道围岩节理裂隙发育、松散破碎、破坏范围大等问题,充分考虑锚固复合承载体特性及其承载效应的巷道支护设计是解决上述问题的有效方法。本文采用理论分析、数值模拟、相似模拟及工程实践相结合的方法,就锚固复合承载体力学机制及其承载效应、基于锚固复合承载体承载效应的围岩力学特征、锚固复合承载体承载特性及结构特征的影响因素进行了系统研究,主要取得了以下研究成果:(1)建立了锚固复合承载体力学模型,分析表明锚固复合承载体承载强度与锚杆支护强度、锚固复合承载体自身内聚力及其垂直方向的应力增长速率成正比,与锚固复合承载体的内摩擦角和承载体厚度b呈正相关,与巷道宽度和巷道半径呈负相关,阐释了锚固复合承载体力学机制,获得了锚固复合承载体特性与巷道最小支护强度和最大允许变形量之间的关系,阐明了锚固复合承载体承载效应与巷道围岩稳定性的相互作用机制,揭示了在较小的支护强度下巷道能够实现稳定的原因。(2)基于锚固复合承载体承载效应,充分考虑卡斯特纳方程求解过程中存在的问题,利用Levy-Mises本构关系对Mohr-Coulumb强度准则进行修正,得出了修正后的Mohr-Coulumb强度准则,阐释了原岩应力、岩石的内摩擦角和单轴抗压强度对巷道原岩应力阈值、塑性区半径及围岩应力分布的影响,对于具体的算例条件,适用修正Mohr-Coulumb强度准则的内摩擦角存在极值φ*,根据修正Mohr-Coulumb强度准则得出的塑性区半径偏小,切向应力峰值偏大,在塑性区内切向应力更为集中,巷道更容易发生变形失稳,基于Levy-Mises本构关系修正的Mohr-Coulumb强度准则更适用于高应力场条件。(3)采用课题组自制的双向可调加载相似模拟试验装置,得出了不同断面巷道不同受力阶段锚固复合承载体表面位移和测点应力的变化规律,获得了持续增载作用下锚固复合承载体缓慢承载阶段、加速承载阶段和峰后承载阶段的承载特性,揭示了锚固复合承载体变形破坏特征及其演化规律。(4)利用单因素控制法,通过数值模拟研究表明:锚杆越长(增加到一定长度时效果不再明显)、巷道宽度越小,锚固复合承载体厚度越大;预紧力越大、锚杆间距越小,越有利于锚固复合承载体的有效形成,锚固复合承载体厚度也越大;锚杆直径越小,在托盘处的压应力越集中,越不利于预应力的进一步扩散。基于巷道稳定性分析,支护参数及巷道宽度对锚固复合承载体结构特征与承载特性的影响一致,揭示了锚固复合承载体结构特征与承载特性的内在联系。(5)基于锚固复合承载体承载效应,提出了巷道支护方案优化方法及巷道支护效果和稳定性评价方法,并在淮北矿业股份有限公司芦岭煤矿成功应用。图[66]表[15]参[161]。