开挖卸荷扰动深部巷道围岩变形破坏特征研究

为解决开挖卸荷工程扰动条件下深部巷道围岩失稳变形加剧与受力破坏严重问题,采用层次分析(AHP)、数理计算与数值模拟的综合研究方法,分析卸荷扰动作用下深部巷道围岩的典型形变特点;建立围岩失稳破坏的综合评价体系,得出围岩裂隙场、应力场与位移场的时空演化特征.研究结果表明:深部开挖扰动围岩具有内部卸荷失稳、外部非线性变形的双...     

水平应力对半圆拱形巷道围岩应力分布及变形特征影响

水平应力是影响巷道围岩应力分布及变形破坏特征的重要因素,通过数值模拟方法研究了水平应力对直墙半圆拱形巷道围岩应力场、塑性区、位移场分布规律的影响,进而为确定巷道支护形式提供一定的理论依据。研究表明:影响巷道稳定性的关键因素是巷道周边的环向应力集中,随侧压力系数λ的增大,帮部围岩的竖向应力集中向顶、底板转移,从而引起塑性区向顶、底板转移,塑性区范围向顶、底板围岩内部扩展,巷道稳定性降低。当λ取值不同时,在巷道顶底板会产生相应的环向或径向拉应力区域,在拉伸作用下围岩整体性能降低,易发生压拉破坏。随λ增大,巷道帮部变形量逐渐增大,顶板下沉量先减小后增大最后减小,底鼓量先减小后增大。     

深部软岩煤巷围岩变形分析与控制技术研究

根据深部软岩煤巷围岩力学性质,借助有限差分软件FLAC程序,模拟软岩煤巷开挖未支护巷道和U型钢支护巷道围岩变形破坏全过程,得到围岩应力场、位移场和塑性区变化规律。结果表明,解决底板问题是维护深部软岩煤巷整体稳定的关键,巷道底鼓与两帮收敛两者是相互关联的,提高围岩本身强度参数是围岩控制的重点。由此提出大刚度高阻力联合支护技术,即应用高阻力预应力锚杆进行锚网支护的基础上,以注浆加固和反底拱对底板进行控制,同时配合大刚度U型钢支护,适时实施围岩二次注浆加固及锚索加强支护,且将此技术应用于工程实践。     

小煤柱巷道围岩变形的力学机理及演化过程研究

为研究小煤柱巷道围岩变形力学机理与演化过程,以石槽村矿某回风巷为研究对象,采用理论分析、FLAC3D数值模拟以及现场实测等方法,分析小煤柱条件下巷道围岩变形的主要影响因素以及表征特点。研究结果表明:侧压系数为巷道围岩变形的主控因素;侧压系数与巷道顶底板位移量呈正比关系,与两帮位移量呈反比关系;回风巷每次受采动影响时,变形可分为巷道稳定阶段、位移分化阶段以及位移加速变化阶段;围岩变形主要发生在一次采动影响时,此时巷道变形呈现明显的不对称,左右两帮的位移量差异明显,巷道的中心位置明显偏移。研究结果可为小煤柱巷道围岩支护提供技术参考。     

深部顶板夹煤层巷道变形破坏分析及其控制

为了探究深部顶板夹煤层软岩巷道大变形破坏问题,以平煤六矿三水平戊二胶带运输巷为工程背景,开展夹煤层巷道围岩破坏分析及控制对策的研究。首先,构建原支护体系组合拱力学模型,推导出直墙半圆拱形巷道稳定判别式;其次,提出“锚网索-梁-注浆-组合砂浆锚索”联合返修控制对策,即沿戊₈煤层顶板进行巷道扩刷,采用锚网索、梯子梁完成基本支护,对围岩进行深浅孔注浆加固、顶板及两帮关键部位布置组合砂浆锚索等加强支护,并通过数值模拟分析返修前后应力、位移场分布特征;最后,开展工业性试验,并监测矿压。结果表明：两帮及顶底板最大收敛量分别为93、 112 mm,后期变形速率均低于1 mm/d,围岩变形得到有效控制,返修效果良好。     

巷道围岩再造承载层机理及数值模拟

在分析大变形巷道基本支护系统基础上,依据应力转移与强抗承载的围岩稳定思想,提出了巷道围岩再造承载层机理,建立了巷道围岩再造承载层稳定性力学模型,分析了巷道围岩再造承载层的稳定因素,最后进行了数值模拟。结果表明:巷道基本支护系统的承载能力与作用范围有限,基本支护系统作用下巷道浅部围岩呈“O”形整体收敛,弹塑性界面离层明显;而巷道两帮再造承载层与基本支护系统形成“Ω”形承载结构体,整体承载能力加强,顶板应力由底板深部转移改变为向两帮外伸移动,两帮围岩移动由巷道内收敛改变为向巷道底角外扩散,巷道围岩稳定性提高;巷道围岩再造承载层位置越高、长度越大,围岩越稳定;无支护巷道两帮垂直应力集中区明显,支护后巷道两帮垂直应力集中区得到弱化,浅部围岩形成“Ω”承载拱形体,两帮与顶板位移变化量较小,底鼓量为无支护巷道的84.65%,应进一步做好底鼓控制,围岩整体收敛变形较小,支护效果明显。     

泊松比对巷道稳定性影响的数值模拟试验研究

泊松比是分析岩体性质的重要物理力学参数之一。为了分析泊松比对巷道稳定性的影响,从泊松比测定与计算方法着手,采用金尼克假说,以巷道侧压系数为研究对象,运用ANSYS软件,建立典型矿山巷道锚喷支护后的数值模型,通过设置沿拱角径向的安全系数监测点,建立巷道安全稳定范围与泊松比的对应关系。研究表明,随着泊松比μ值的增加,巷道拱角处不稳定区域逐渐减小,并向顶底板延伸,巷道两帮的塑性破坏区无明显变化;泊松比μ值为0.20时,塑性破坏区面积较大,为巷道断面面积的5.10倍;泊松比μ值(x)与安全系数≥1的区域距离拱角径向位置(y)的关系式为:y=61.518x2-54.509x+12.516。研究为泊松比对巷道稳定性影响提供了一定的理论参考依据。     

软岩大变形巷道刚柔结合支护方法研究

深部软岩地下工程围岩稳定性差且具有长期流变效应,由于支护不利导致围岩产生大变形破坏问题趋于突出。针对以上问题,以某深部软岩巷道工程建设为例,采用现场监测、数值模拟等方法,分析围岩长期变形趋势及破坏机理;针对围岩破坏特征,提出“刚柔”结合的软弱大变形巷道围岩新型支护方法:考虑围岩不同深度破坏情况不同,采用不同注浆方法分区域加固,形成“刚性”承载圈,并在巷道最外部设置缓冲层及可缩性U型钢支架,形成柔性加固圈。利用有限元模型对其支护效果进行数值模拟,结合现场监测变形数据分析,验证了新型支护方案的合理性。     

7.0 m采高综采面回采巷道变形破坏规律研究

针对神东矿区大柳塔煤矿采用7.0 m采高综采面回采5-2煤三盘区时回采巷道出现不同程度的变形破坏现象,采用现场实测的方法对52304及52303工作面回风顺槽之间的区段煤柱进行了巷道变形及应力变化规律的监测,并运用FLAC3D数值模拟软件对不同埋深条件下两工作面之间区段煤柱的应力分布规律进行了模拟,最后总结分析了回采巷道变形破坏的机理,并得出采空区段煤柱的失稳是造成回采巷道变形破坏的根本原因。从而为巷道的合理布置及相应控制对策的提出提供基础数据,以保证矿井安全高效的生产。     

深部软岩巷道变形机理及卸荷本构关系研究

安全发展是构建和谐社会的前提,煤炭行业的安全生产又是重中之重,随着煤炭开采深度的增加,巷道支护和管理方面存在的困难将无疑超过浅部其他水平,深部高应力软岩巷道围岩控制成为制约矿井安全、高效生产的主要因素之一.当前我国在安全生产理论方面的研究成果已经对煤矿的安全生产产生了重大影响,并取得卓越成就,而安全生产科学理论的贯彻执行必须借助技术、设备和工艺的创新性研究,并在现场实践中得以全面应用.本文通过对深部巷道开挖过程的应力调整机理、破坏特性及本构关系的研究,提出以锚杆、锚索为主的深部软岩巷道联合支护控制对策,并强调支护材料性能的互补性和施工的适时性.经现场实践,取得良好支护效果.     

某矿区典型井巷支护体检测及数值模拟分析

为了评估某矿区井下不良地质环境对井巷支护体混凝土强度的影响,了解现役井巷支护结构的实际性能,有针对性地选择了11个典型单体项目,采用非破损检测方法——钻芯取样法,对其支护体混凝土强度进行了取样、检测及评定工作。检测结果表明,支护体混凝土实际强度普遍低于设计强度等级。在检测结果的基础上,进一步采用大型通用有限元分析软件ANSYS,对其中的一立井主井井筒和一井底车场平巷支护结构的实际性能分别进行初步的数值模拟分析。数值模拟结果表明,所检测的单体项目井巷支护体混凝土强度可基本满足矿山生产要求。     

基于Winkler模型的沿空留巷底板变形力学分析

沿空留巷顶板岩层垮落到底板时,会影响底板的受力和变形,进而导致底臌,底臌的产生将直接影响采煤工作开展。为了对巷道底板的变形机理进行研究,根据空留巷底板受力特点,将巷道底板视为弹性地基梁,建立顶板岩层垮落在巷道底板上的不均匀荷载作用下的Winkler弹性地基梁力学模型,通过对高阶微分方程求解,分析巷道底板任一处的挠度、转角、弯矩及剪力的分布规律,并结合内力分布规律对底板破坏机理进行分析。结合工程实践,提出了防止底板变形的措施,为类似工程的设计及施工提供参考。     

充水溶洞对隧道围岩稳定性影响的数值模拟

为探讨充水溶洞中水压对隧道围岩稳定性的影响,利用岩石破坏过程渗流-应力-损伤耦合分析软件F-RFPA~(2D),对隧道底部含充水溶洞的围岩破坏过程进行数值模拟研究,并与岩体中存在裂隙时隧道围岩的破坏过程作对比。结果表明,水压的增加使溶洞与隧道间的岩体逐渐产生裂纹,并不断延伸,最终使隧道与充水溶洞贯通;岩体中裂隙的存在改变了裂纹的扩展方向,加速了隧道底部围岩的破坏进程;实际工程中应将隧道底部围岩垂直方向上的位移变化作为事故发生的前兆,制定相应的预防措施,避免事故的发生。     

深部近距离煤层上行开采覆岩运动及应力分布试验研究

为深入研究深部近距离煤层上行开采过程中岩层应力分布、断裂破坏及下沉变形特征,根据深部煤层开采的具体工程地质条件,建立了深部近距离煤层上行开采相似材料试验模型,对上行开采中围岩应力变化、覆岩运动及裂隙演化过程进行了模拟分析。获得了下煤层和上煤层开采过程中,围岩应力分布变化特点及分区特征、岩层裂隙富集区主要分布区域及其演化规律,煤层开采过程中切眼和煤壁附近岩层断裂角的变化特征,并得到了两煤层工作面相对位置不同情况下,岩层裂隙富集区演化特点、断裂角变化及下沉变形规律。研究成果为类似条件下煤层上行开采、瓦斯抽采提供参考。     

采场前方支承压力分布规律数值模拟研究

采煤工作面前方移动支承压力在矿压显现中起主导作用,往往是矿井复杂动力现象的力源。结合矿井具体地质条件,采用FLAC数值模拟研究煤层厚度、开采深度、煤体强度对支承压力分布特征的影响,得出在其它地质和生产技术条件一定的情况下,采场前方支承压力分布的基本规律,为确定采面前方支承压力影响区范围、回采巷道超前支护范围以及优化支护方案提供了参考。     

大变形巷道弹性锚喷混凝土耦合支护技术研究及应用

为提高层理地质条件下大变形巷道的稳定性,延长巷道使用寿命,采用具有较大变形承载能力的喷钢纤维混凝土与弹性锚杆耦合支护技术加固围岩。首先研究层理状地质条件下高应力软岩巷道的破坏特点及规律,确立支护结构和时效耦合的关系,并通过钢纤维混凝土试样的动静荷载试验,研究混凝土强度与钢纤维掺量的关系,得到喷钢纤维混凝土合理的钢纤维掺量。此外,针对大变形巷道开挖初期变形量大、破坏速度快的特点,设计具有让压吸能作用的新型弹性锚杆,并将此弹性锚杆结合喷钢纤维混凝土技术进行工业试验,试验的位移监测结果表明:该方案位移量比原方案减小约50%,且支护10个月后未出现裂缝。     

树脂锚杆锚固长度声波探测技术及数值试验

针对煤岩巷道锚杆支护锚固失效引起的冒顶问题,建立了煤岩巷道顶板锚杆树脂锚固模型,采用数值模拟的方法对不同锚固方式下树脂锚杆的波导特性进行研究,得到了不同锚固长度与树脂锚杆激振响应特性曲线。通过对比分析,研究得出无论何种锚固方式,检测结果与实际锚固长度的误差大约在1%-6%,同时可采用修正补偿的方法降低检测误差。研究结果得出:采用应力反射波法检测树脂锚杆的锚固长度是一种行之有效的无损检测方法,可实现树脂锚杆锚固长度的便携、准确检测提供技术支持。     

地下洞室及其围岩爆破地震安全监测与动力分析

基于地下洞室及其围岩的爆破震动安全监测,通过质点振动速度峰值及其卓越频率分析,论述爆破地震波的传播规律以及地下洞室与围岩爆破地震作用下的动力特性,并对爆破地震安全监测与分析结果进行解释与原因探讨。通过大量监测数据的回归分析,得出质点振动速度峰值与爆破药量和距离及环境条件的关系式,并在分析三者关系的基础上指出,近爆破点区域的爆破地震波衰减速度明显大于较远区域,爆破引起的质点振动速度峰值的卓越频率集中在以45Hz为中心的15~75Hz范围值。质点振动速度峰值及其卓越频率与爆破规模与环境的几何因素密切相关,介质本身的物理几何特性是爆破地震波衰减的主要影响因素之一。