深部巷道围岩松动圈厚度测试及支护体变形机制分析

基于声波测试技术对金川二矿区深部巷道围岩松动圈进行了现场测试,通过对测试结果进行的分析和研究,得到了金川深部巷道围岩松动圈厚度的基本特征.借助FLAC3D数值分析程序建立了随机裂隙网络模型,分析了金川深部矿区巷道围岩塑性区发展规律.结合现场围岩变形收敛规律及支护体变形特征,基于喷锚网支护体与巷道围岩相互作用的力学机理,研究分析了金川深部巷道双层喷锚网支护结构的变形机制.     

金川矿山深部巷道围岩松动圈厚度测试与分析

为了分析金川深部巷道底臌形成过程以及支护对巷道稳定性的影响,运用声波单孔探测法,使用水做耦合剂,对巷道围岩松动圈进行测试。根据测出的深度-孔深曲线和各测孔漏水情况得出3个断面松动圈厚度以及围岩破碎程度。研究结果表明:初次支护设计对围岩松动圈有重要影响,巷道开挖支护一段时间后,松动圈厚度趋于稳定,返修后巷道围岩松动圈厚度不会有很大变化。巷道顶板和底角的围岩松动圈比两帮的厚,特别是底角处的松动圈较厚,在巷道两帮传递的集中应力的作用下,易发生破碎与移动,对于巷道围岩稳定性也有较大的影响。因此,使用锚索或者长度大于2.5 m的锚杆支护顶底角,对于延长巷道使用期限、减少返修周期具有重要意义。     

煤巷围岩松动变形对边掘边抽的影响分析

随着煤巷掘进工作面的向前推进,破坏了原始煤体的稳定性,煤层巷道两侧的煤壁在一定范围内形成一个松动变形圈,在此变形圈内煤岩体将向巷道空间移动。根据数值模拟计算和现场观察与测试,发现随着巷道沿煤层向前掘进,掘进头以及巷道两帮煤体的应力变化影响圈或松动变形特征呈“U”字形状。在“U”字形松动变形范围内,煤层透气性系数增加数十倍。现场考察了松软厚煤层巷道周围煤岩体位移及松动变形对边掘进巷道边抽放瓦斯效果和影响抽放瓦斯效果的因素,对边掘边抽布置方式和封孔工艺的改进具有一定的指导意义。     

水平应力对巷道软弱互层顶板岩体破坏的数值模拟研究

运用数值分析，对垂直应力不变条件下改变水平应力对巷道软弱层状顶板岩体的塑性破坏、位移和应力变化规律进行了三维数值模拟。巷道两帮和底板岩层较硬，顶板岩层相对软弱，并且层理发育。顶板各岩层及软弱夹层的物理力学参数分别相同。研究结果表明，层状顶板岩体的破坏特征是由侧压系数λ决定的。当λ＜1时，顶板的塑性区和卸压范围较大，但顶板挠度却较小。当λ＞1时，顶板的塑性区和卸压范围较小，但顶板挠度却较大。     

仰孔中声波法测试围岩松动范围的孔内堵水技术

声波法是现场测试巷道围岩松动破坏范围最常用的技术.基于声波法在裂隙发育围岩仰孔中进行巷道围岩松动圈厚度现场测试时的不足,提出将耦合水封闭在探头有效测试范围内的设计思路,并据此设计孔内堵水方案,研制出一种新的孔内堵水装置,并将其应用在金川深部矿区巷道围岩松动圈厚度测试工作中,测试结果表明:这种孔内堵水装置使得钻孔内耦合水集中在探头所处钻孔长度范围内,因而能够有效控制耦合水在钻孔内的渗流面积与散失速率,进而达到测试工作中探头被耦合水完全包裹的目的,使得声波信号的稳定性满足测试要求.工程实例表明:采用孔内堵水技术的设计方法在复杂围岩条件及测试环境下测试围岩破坏范围具有普遍实用性及可行性.     

硬岩体强度弱化范围理论分析与工程验证

岩石巷道综合机械化快速掘进有助于改善采掘接续紧张的局面,而岩石硬度是影响综掘设备快速掘进的关键因素之一。针对硬岩巷道围岩岩性特点,利用超深孔预裂爆破技术,对硬岩巷道岩体强度进行弱化,并通过工程实践检验预裂效果,结果表明:硬岩巷道超深孔预裂爆破后,钻孔周围形成压碎区、裂隙区,使岩体有效强度降低,有利于综掘截割机具经济破岩;理论及数值模拟分析得出钻孔爆破后形成半径为1.8 m左右的松动破坏区;通过对新庄孜矿-812 m水平B4胶带大巷硬岩进行超深孔预裂爆破,钻孔窥视及工程验证爆破松动半径能够达到1.5~2.5m之间,取得了良好的岩体强度弱化效果,为硬岩巷道机械化快速施工技术研究提供指导。     

某矿大断面运输巷道支护技术

针对大断面运输巷道变形严重难以控制的问题,以某矿山520中段回采巷道为工程背景,采取现场考察巷道变形破坏形态与松动圈声波测试,室内进行岩石物理力学参数测试以及理论计算分析.结果表明:该矿巷道围岩稳固性差,岩性复杂,矿山地质环境中等,松动圈范围为1.4～1.6 m,属于大松动圈Ⅳa类岩石.基于上述研究,针对巷道穿过不同地...     

对金川矿区不良岩体水平巷道地压活动规律的几点认识

本文着重阐述了对金川矿区不良岩体平巷地压活动规律的几点看法。通过现场调查,特别是根据较大量的现场围岩变形量测的资料,结合进行非线性YPZ-2程序的有限元分析和室内模型试验。采用这些综合方法研究,得出如下规律:1.金川矿区不良岩体具有明显的流变特征,如果支护得当,多数巷道地压基本属于稳定性流变地压。2.金川二矿区Ⅱ-Ⅱ岩组喷锚网支护的双轨巷道围岩移动范围约为8～9米,围岩松动圈一般大于1.5米,小于2.5米。3.巷道围岩内出现两个压缩区,一个膨胀区和一个松动区。压缩区对圃岩起支撑作用,而松动区别为支护所抑制,从而使巷道处于稳定状态。4.金川矿区岩体存在较大的水平构造应力,它对巷道地压活动特点有重要影响:5.金川矿区在以绿泥石片岩为代表的膨胀性岩石中,在风干、遇水后将产生不可忽视的膨胀压力。 最后,本文依据岩石力学原理从巷道布置、巷道形状,支护结构、支护施工程序和排水疏干等方面扼要地提出了金川矿区不良岩体巷道地压控制的主要方法和措施,强调采用监控法施工,使巷道维护既安全又经济。     

矩形巷道塑性区宽度计算方法研究

针对矩形巷道,运用三剪能量屈服准则作为巷道围岩的塑性条件,以极限平衡理论为基础,结合应力平衡原理,推算出矩形巷道边帮的塑性区宽度的计算公式,分析了不同的巷道开挖宽度和屈服准则下的塑性区宽度的变化趋势;采用单因素分析法,进一步分析了岩体粘聚力、岩体内摩擦角和原始地层压力对塑性区宽度的影响。结果表明:塑性区宽度随巷道开挖宽度和原始地层压力的增大而增大,随岩体粘聚力和内摩擦角的增大而减小;相同巷道宽度下,塑性区宽度的三剪能量屈服准则解相对于Mohr-Coulomb准则解和Drucker-Prager准则解偏小。     

基于松动圈理论的充填体下巷道顶板安全厚度和支护方式

 为安全高效回采冬瓜山铜矿盘区隔离矿柱,在充分利用矿山已有巷道工程的前提下,仍需在盘区采场充填体下开挖新的出矿巷道.基于松动圈理论,利用单孔声波检测仪测量巷道围岩松动圈范围,为确定充填体下开挖巷道的顶板安全厚度、选择巷道支护方式提供依据.现场测试表明,冬瓜山铜矿-760和-790m巷道的围岩松动圈为0.8~1.3m.根据圣维南局部效应原理,结合工程技术人员的实际经验,最终确定采场充填体下新开挖出矿巷道的顶板安全厚度为4m.此外,通过松动圈测定和工程借鉴,确定新开挖巷道支护采用喷锚支护,局部破碎地方采用喷锚网联合支护,经理论计算和现场实测,总结出新开挖出矿巷道顶板锚杆长度选取2.2m、锚杆网度选取1.0m×1.0m时,能够安全经济地控制巷道松动圈.     

急斜放顶煤开采顶板卸载拱结构分析

运用弹性薄板理论对急斜煤层水平分段放顶煤开采基本顶岩层进行拉应力分析,得出了顶板破断的判别准则.依据判别准则实例验证了分段开采后暴露岩板所受荷载只是整个上覆岩层中的一部分,指出上覆层中存在卸载拱结构,正是结构体的存在承担了大部分上覆岩层荷载,直接影响了开采过程的矿压显现.通过对卸载拱影响因素的研究,指出卸载拱是顶板岩层中的一种动态扩展结构,当原有的拱式平衡被打破,拱结构朝顶板侧上移,并达到一种新的平衡态,因此其范围是不断扩展的一个"平衡-失稳-再平衡-再失稳"的动态扩展过程,也是造成工作面矿压显现的原因.     

高地应力深切河谷形变应力场及线路问题初探

为研究高地应力作用下河谷深切卸荷、岩体强风化的地质环境对拟建川藏铁路的影响,利用ABAQUS对高地应力背景场由河流深切卸荷下的河谷形变—应力场特征进行数值模拟研究;考虑到岩体的宏观力学性能受到卸荷回弹变形的影响而急剧减小,利用场变量实现力学参数随卸荷动态变化,对比分析河谷形变—应力场特征;针对印度板块挤压欧亚大陆板块使河谷两岸地应力值存在差异的情况,模拟主、被动盘的差异卸荷。结果表明:自重应力与40 MPa构造应力同时作用下的卸荷回弹值可达仅计自重应力场的3～6倍,出现由陡、缓倾面构成的"X"状共轭结构面,工程开挖下边坡岩体容易沿陡倾面崩塌,沿缓倾面滑移。将卸荷前后岩体偏应力比值k作为评价岩体受到卸荷影响程度的标准,高地应力作用下谷坡水平深度方向的k值介于1.5～2.5,地应力的量值对岩体卸荷程度有很大影响;较之不考虑岩体力学性质劣化情况,岩体塑性区范围将扩展,裂隙向谷坡上部延伸,坡体稳定性进一步下降;高地应力作用的河谷主动岸,坡面塑性区明显存在"X"状潜在滑移面,而被动岸仅有单向缓倾滑移面,主动岸对开挖扰动的抵抗力更低。据此提出相应的灾害预防措施的建议,为拟建进藏道路的区域工程地质选线提供参考。     

破碎围岩环境下巷道应力与变形监测

开采过程中,破碎围岩环境下巷道煤岩结构及应力与变形随时间演化行为直接影响其稳定性。通过理论计算,结合现场应力监测、声发射(acoustic emission,AE)和钻孔窥视等手段,定量确定了工作面煤巷的松动范围和塑性区范围,综合分析了破碎围岩环境下煤岩非对称变形特征,为工作面安全开采提供了依据。     

长壁法开采缓倾斜极薄铁矿体围岩变形破坏机理

提出用长壁法开采缓倾斜极薄类铁矿体.建立了相似材料模型,借助全站仪、应变计和数码相机等仪器监测了模型围岩的变形、应力以及破坏情况,研究了坚硬围岩垮冒规律、应力变化、变形变化和围岩破坏特征.实验结果表明:围岩的破坏具有明显的间歇性和突变性,顶板断裂步距基本相同,断裂方向相互平行;在垂直方向上,处于不同位置的围岩断裂步距不同.得到了围岩的来压周期与移动规律.     

大倾角煤层回采巷道断面适应性

基于大倾角煤层回采巷道围岩应力显现规律,采用数值分析方法对不同类型断面巷道的围岩塑性区及应力非对称分布特征进行研究,并建立异形断面巷道围岩破坏力学模型,确定其合理的支护方式.结果表明,大倾角煤层回采巷道围岩塑性区沿煤层倾斜方向演化,顶底板破坏深度大于两帮,且两帮破坏程度差异大;巷道断面形状不同,导致巷道围岩应力集中程度、塑性区及变形量等有很大差异;拱形巷道围岩变形适应性好,异形巷道两侧的顶角煤易发生剪切破坏,但考虑回采巷道掘进、设备运行及服务年限等需求,常用异形巷道;采用"锚网+钢带+锚索"的支护形式,加强异形巷道顶板帮及坡顶煤的支护,满足支护阻力大于F1和F2,可明显减少巷道围岩变形,保持巷道的稳定性.     

急斜特厚煤层动力学失稳现场声发射监测

急斜特厚煤层开采扰动区(Mining Disturbed Zone,MDZ)煤岩应力与变形规律复杂,采动影响下局部煤岩层滑移造成应力集中,使煤岩体产生"强烈"的动力学失稳与破坏.以大洪沟煤矿B3+6急斜特厚煤层综放开采为工程背景,通过现场声发射(acoustic emission,AE)监测,分析采动条件下煤岩介质动力学失稳及破坏规律,为制定解危对策提供科学依据.     

急倾斜煤层采空区结构特征GPR探测

急倾斜煤岩体结构和地质缺陷具有隐蔽性。历史性无序开采形成的采空区分布的不规则性严重影响安全开采。以神新小红沟煤矿急倾斜煤层开采区域空区分布规律预测与参数确定为目标。通过理论分析、GPR地面与地下立体联合探测,分析了+522水平B3和B6开采扰动范围内采空区结构特征。+522水平距五一煤矿巷道垂直距离约为35.0～35.5 m.B3巷1 214～1 232m范围内空区覆岩破坏严重,多处出现破碎区。空区下部近似椭圆,上部似半椭球体结构,且空区已联通。1 232～1 250 m范围空区及覆岩破坏严重,局部区域积水量大,为现场开采设计与灾害防治提供科学依据。     

地铁线路穿越急倾斜煤层采空塌陷区相似模型试验

地铁线路穿越煤矿采空塌陷区问题为中国首例,因此进行急倾斜煤层开采岩移基本规律和地铁荷载作用下塌陷区及侧壁围岩稳定性研究具有重要意义。运用相似模型试验方法,模拟开采两组急倾斜特厚煤层,并用数码相机记录开采及加载过程中岩层破断及移动形态。试验反映了急倾斜煤层开采中垮落带形态、裂隙带形成与发展和地表移动特征等共性;此外,分别以顶底板移动角、边界角,表土层移动角、边界角参数计算煤层开采覆岩破坏边界范围,并以此划分不稳定区、基本稳定区和稳定区;考虑地铁及建筑荷载下,塌陷区破断岩体有闭合压实现象,地表最大下沉量为4~5 cm,顶板侧壁不稳定围岩最大离层量2 cm。所得结果对指导现场地铁线路穿越煤层采空塌陷区具有一定的参考意义。     

急倾斜薄矿脉崩落法开采及崩落散体的承载机理

以金厂沟梁金矿为工程依托,利用崩落矿岩散体的承载机理,提出了急倾斜薄矿脉破碎矿体崩落法开采方案.运用数值计算手段,研究崩落矿岩散体的承载机制,分析分段高度对崩落矿岩散体承载效果的影响.计算结果表明:与空场法开采相比,崩落法开采有效改善了采场围岩的稳定性,围岩塑性区体积减小了58.4%.随着分段高度的增大,崩落矿岩散体对围岩的支撑作用相应减弱,但影响较小.研究结果表明,采用崩落法回采急倾斜薄矿脉破碎矿体是合理的、可行的,同时也为该类矿体的回采提供了新的思路.     

顺层瓦斯抽采钻孔封孔工艺优化选择

根据岩石力学、弹塑性力学理论建立了顺层钻孔周围煤体塑性区应力分布数学模型,分析了顺层抽采钻孔施工过程中周围煤体破坏规律及应力分布状态。数值模拟了采用水泥砂浆封孔、聚氨酯封孔、胶囊封堵-压力注浆封孔三种工艺下钻孔周围煤体应力分布规律,三种封孔工艺分别通过改变钻孔支护阻力、钻孔周围煤体物性参数等方式进行模拟。结果表明:胶囊封堵-压力注浆封孔工艺可有效封堵裂隙,加固钻孔周围破碎煤体,对钻孔周围煤体应力分布的控制效果优于现有的封孔工艺,对于顺层瓦斯抽采钻孔封孔工艺有一定的指导意义。