低应力软岩复合顶板大变形煤巷支护技术

 低应力软岩复合顶板煤巷,虽然埋深较浅,围岩自重应力水平不高,但因顶底板岩层岩性及结构的特殊性,巷道围岩具有软岩的特性。以黑沟煤业有限公司主采4-2煤层回采巷道为工程背景,对该地质条件下巷道支护技术进行研究,结果表示,锚杆支护产生的夹持作用可提高巷道浅部围岩完整程度及深部围岩承载能力,缩小浅部围岩的破坏范围;锚索支护能够提高深部围岩与浅部围岩的整体性,减缓围岩的整体沉降运动趋势;金属网与钢带可加强对表面围岩的约束作用,限制破坏区向深部发展和表面围岩的冒落变形,减小顶板岩层的变形;底角锚杆能够促使应力峰值向深部的转移,减轻垂直应力向水平应力的转化程度,控制巷道底臌变形。上述支护方式的综合运用,可实现复合软岩大变形煤巷的有效支护。     

复杂条件下掘进巷道支护探究

介绍了山东泰山能源有限责任公司翟镇煤矿通过对掘进巷道围岩破坏规律进行探究,对深部巷道、软岩及复合顶板、大跨度巷道等特殊围岩、生产条件控制技术进行了研究,并在具体实践中对控制复杂条件下巷道围岩变形的方法进行了探究.     

深部高应力破碎软岩巷道支护技术研究及其应用

针对深部高应力破碎软岩巷道围岩变形量大、变形剧烈、底臌严重、流变性强、支护难等特点,基于巷道围岩松动圈地质雷达探测、收敛变形监测等地质力学测试技术,揭示深部高应力破碎软岩巷道变形破坏特征;采用数值模拟技术手段,从围岩强度特性、流变特性、巷道断面形状、软岩巷道群开挖相互影响、支护设计这5个方面分析深部高应力破碎软岩巷道变形破坏机理。针对安徽省淮南市朱集西矿深部开拓巷道特征与工程地质条件,提出"锚网索喷+U型钢支架+注浆+底板锚注"分步联合支护技术方案;基于大型三维模型试验系统,验证分步联合支护技术方案的可行性;采用FLAC 3D研究分析不同支护方案的支护效果,模拟验证分步联合支护方案的合理性。研究结果表明:分步联合支护技术方案有效地控制了深部高应力破碎软岩巷道的大变形与底臌,保证了巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。     

郭屯煤矿深部工作面支承压力规律和煤柱破坏研究

围绕深部工作面巷道变形问题,对工作面超前支承压力、断层区域支承压力和煤柱变形破坏等方面进行了实测研究。根据顶板下沉和围岩应力变化规律,以巷道观测为基准,建立了以理论分析和实测研究为主的深部工作面矿压观测方案。通过对实测数据的分析,得出了郭屯煤矿深部工作面矿压规律和煤柱变形破坏情况,为工作面安全开采提供了帮助。     

加固顶板和两帮控制回采巷道底臌研究

回采巷道围岩是由顶板、两帮和底板共同组成的复合结构体,各部位的岩体强度、应力状态及变形破坏等特性方面的差异显著,尤其受采动影响后,巷道围岩各部位变形发展不均匀性显著,往往造成巷道围岩产生结构性失稳破坏。为提高巷道围岩的结构稳定性,通过理论分析和数值模拟分析了提高顶板和两帮强度对底板岩层稳定性的影响。研究结果表明:加固顶板减小了顶板挠曲位移量,同时可以促使围岩应力向深部围岩转移,降低了底板岩层的应力集中程度,有利于控制底板变形;加固两帮可以提高巷道两帮围岩强度,促使应力向两帮转移,有利于减小发生底鼓的底板岩层宽度和两帮移近量,从而减小底板的挠曲效应和压曲效应。分析结果还表明,加强两帮对于减小底鼓量的效果更为明显。在上述分析的基础上,进行了加固顶板和两帮控制巷道底鼓支护技术的现场工业性试验,试验结果表明加固顶板和两帮可有效地控制巷道底鼓。     

动力灾害过程中锚杆支护的极限承载能力数值模拟研究

通过对深部巷道遭受冲击扰动的应力动态演化和围岩破坏的过程进行数值模拟,分析了锚杆与围岩的耦合体系承载冲击的能力,得到了深部锚杆支护巷道抵御动力冲击能力的规律。研究结果表明:水平方向的冲击应力波对巷道底脚和顶板破坏最严重,造成巷道断面挤压变形,同时引起冲击扰动壁面岩块受应力波叠加作用产生弹射;一定的锚杆支护结构在其承载范围能够抵御相应强度的动力冲击,但在更强冲击荷载下对巷道造成的破坏严重加剧,致使锚杆大量失效,并最终导致整个支护体系完全失去支护能力;冲击扰动对靠近扰动源壁面破坏严重,对其他壁面影响较小;原岩应力大小对冲击破坏影响明显,采深越大,冲击扰动造成围岩变形幅度越大,锚杆支护体系破坏更严重。研究结果为进一步开发深部巷道抗冲击破坏稳定性控制技术及制定方案提供了依据。     

高地应力松软破碎围岩条件下锚绳索喷注联合巷修技术

一、巷道支护现状 长期以来，动压巷道一直是煤矿巷道支护技术研究中的一个重点，而受动压影响的深部高应力“三软”煤层巷道支护则更是巷道支护中的一个难点。特别是一些矿井由于巷道围岩松软破碎，致使其在高应力作用下变形破坏十分严重。     

深部高应力软岩巷道注浆时机优化分析

基于支护-围岩共同作用原理分析,揭示朱集西煤矿深部高应力软岩巷道围岩收敛变形与支护强度及围岩自承力的变化关系,获得巷道围岩位移与支护强度的关系曲线。采用FLAC3D内嵌的Fish语言编程,提取巷道围岩塑性区、拉伸破坏区及剪切破坏区体积数,揭示不同岩性与埋深条件下巷道围岩变形和塑性区扩展随应力释放率的演化规律,再现巷道围岩从局部破坏直至整体失稳破坏的演化过程,提出以应力释放率阈值作为判定注浆时机的指标。研究结果表明:确定当围岩变形量为150 mm时,实现存储于围岩内变形能的充分释放及围岩自承力的最大利用。采用应力释放率阈值60%和围岩变形量150 mm作为判定注浆时机的指标是合理的,两者可相互验证。提出"锚网索喷+注浆+底板锚注"联合支护技术方案,解决了深部高应力软岩巷道支护难题,验证了所确定的注浆时机是合理、可行的。     

深部巷道围岩变形破坏规律的数值模拟研究

巷道随开采深度的增加,其围岩变形会逐渐增大,特别是深部巷道。本文采用FLAC3D软件,分析深部巷道的掘进过程中围岩变形规律及应力分布。研究表明:巷道开挖后,顶板会产生了高达144 mm的下沉变形量,底部产生了将近15 mm拱起变形量,两帮偏移量高达208 mm;围岩应力会产生二次分布,其中顶底部会产生最大0.12 MPa的拉应力,两帮会产生最大0.04 MPa的拉应力。因此,需及时采取巷道围岩加固措施,防止围岩产生进一步的变形。     

深埋巷道地应力特征及优化支护设计

针对深部巷道地质环境复杂及围岩变形剧烈、巷道变形量达数百毫米的现状,提出以地应力测量为前提、测力锚杆全程监测为基础、高预紧力全长锚固技术为核心、通过数值模拟加以修正的动态支护优化设计方案。以淮南潘三煤矿1621(1)工作面运输巷道为例,采用应力解除法对地应力进行实测,在巷道关键位置安装测力锚杆实时监测并记录锚杆轴力,结合数值模拟对优化前后的支护方案进行对比。结果表明,深部巷道以水平应力为主,随着巷道掘进方向与最大水平主应力方向夹角的增大和主应力差的增加,巷道变形迅速增大;采用现有全长锚固支护时施加的预紧力较低,巷道浅部顶板变形剧烈,未能发挥全长锚固的优势;采用高预紧力结合全长锚固优化支护来提高围岩的抗变形能力,改善围岩特性,增加围岩有效应力,可减小巷道变形,优化支护效果比较显著。     

基于修正莫尔-库仑准则的围岩瞬态卸荷塑性变形分析

将卸荷视为动态过程,采用包含拉伸截断和帽盖模型的修正莫尔-库仑准则,对不同开挖形状和应力状态条件下围岩瞬态卸荷塑性区进行了分析.研究结果表明:瞬态卸荷可导致自由面附近产生塑性变形,造成围岩损伤弱化甚至破坏;拉伸应力是造成围岩动态卸荷破坏的重要因素;塑性变形随着埋深的增加而增大;最大压应力方向易于产生塑性变形,以拉伸变形为主,当初始应力满足一定条件时,最小压应力方向将产生严重压剪塑性变形;从卸荷的角度考虑,巷道断面曲率较大为宜,尽量避免直线形边界.     

深部软岩巷道爆破卸压技术及工程应用研究

为控制深部软岩巷道的变形,利用爆破卸压技术,对淮南矿业集团谢桥矿高应力软岩巷道进行了爆破卸压工程试验,充分改变围岩应力状态,使巷道的变形量及稳定时间得到了很好的控制。     

高应力破裂岩体地压显现及其控制技术

小官庄铁矿进路开挖以后支护巷道破坏严重,其围岩变形为无收敛变形的情况.为掌握其地压活动规律,应用岩石破裂过程分析系统,并考虑岩石本身的蠕变特性,模拟其采用无底柱分段崩落法进路开挖过程,对进路开挖过程巷道围岩应力变化进行数值分析.结果表明:随着进路开挖,进路会出现片帮、底鼓和顶板下沉等现象;在矿岩接触带出现高应力集中,导致两进路之间的间柱破坏严重,并随着进路开挖应力逐步向新开挖两进路之间的间柱转移;开挖顺序造成边界矿体出现高应力集中,导致边界矿体难采.采用锚网支护技术有效地控制了巷道围岩的变形破坏,确保开采的顺利进行.     

高应力下脆性岩石卸荷力学特性及数值模拟

高地应力下脆性岩体工程开挖变形机理、稳定性评价及灾害控制技术研究一直是岩石力学和工程地质研究的难点问题。基于高应力下脆性岩石卸荷力学试验分析,明确了卸荷过程中的岩石力学参数及变形破坏演化规律,发现高应力下脆性岩石的破坏具有较明显的应变强度特征。分析了高应力下脆性岩石卸荷破坏采用张拉屈服的Griffith应变强度准则的合理性,建立了考虑卸荷屈服引起岩体力学参数变化的弹脆塑性数值计算方法,并在实际工程中得以验证。     

隧道围岩卸荷演化过程的Kolmogorov熵分析

岩石材料本质上是一种物理非线性的材料,在深埋条件下,隧道围岩系统的变形还表现出几何非线性,这两种非线性机制的相互作用使得围岩系统的卸荷演化具有高度的复杂性。根据重庆某深埋隧道围岩实际情况,建立了摩尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型,运用三维显式有限差分程序FLAC3D软件,采用大变形方法对深埋隧道围岩系统卸荷进行数值仿真,同时基于耗散结构理论,对深埋隧道围岩系统卸荷演化的双重非线性数值计算结果行整合,提取了围岩系统演化过程中特征点演化时间序列的Kolmogorov熵值,判断了系统演化的混沌特性及其对初始条件的敏感性,分析了系统卸荷过程的能量耗散特征,研究了围岩的失稳机制。     

脆弹粘性岩体高边坡稳定的损伤断裂力学机制研究

边坡工程岩体的力学性态与其所处的应力环境、物理环境以及开挖施工卸荷坡邦岩体变形的时空效应等许多因素密切相关．因而，似本文研讨的闪云斜长花岗岩这类脆弹粘性岩体高边坡工程坡邦卸荷带岩体的稳定问题，从损伤、断裂力学的观点言，本质上反映了三方面的力学机制，即：（１）边坡分部开挖引起坡邦岩体的卸荷损伤、断裂效应；（２）二次应力场作用下坡邦岩体产生的损伤、断裂时效变形与蠕变扩容；以及（３）在高地应力区，脆弹粘性岩体因开挖导致与其应变能骤然急剧释放有关的地动力作用．本文结合长江三峡高边坡船闸工程的岩体稳定问题，拟就上述的前两个方面的研究工作进展作一简要论述．     

岩体初始地应力场对地下洞室围岩变形及应力的影响

基于施工力学的分析方法,建立了地下洞室开挖仿真计算的有限元列式、施工过程中岩体初始地应力场的释放上的卸荷是影响洞室稳定的主要因素,结合工程实例计算,分析了初始地应力场对地下洞室围碉变莆、应力的影响,结果表明,岩体的初始应力场侧向应力分量愈大,洞室侧墙内缩位移愈大而环向压力测有所减小,并使得顶拱沉降位移减小,环向压应力增大。     

岩石的卸荷劣化及其本构模型研究

卸荷条件下,岩石的变形参数产生劣化效应,弹性模量E在卸荷较小时变化较小,随着卸荷量的增加其快速减小;而泊松比μ则随着卸荷量的增加而变大.岩石的破坏阶段,变形参数与其应力跌落量有关:E随着应力跌落量的增加而减小;并呈线性关系.根据岩石变形参数的变化规律,将卸荷条件下岩石的损伤本构模型分为三段:一般加载段、卸荷段、应力跌落段.结合试验证明修正的统计损伤本构模型较为符合实际.     

基于二次正交组合试验的围岩松动圈影响因素分析

围岩松动圈的形成实质是松动圈内围岩产生碎胀变形,碎胀变形是围岩卸荷扰动产生的松动与破坏,其影响因素包括地下水含量、地应力以及其它地质力学指标如霍克布朗参数等。采用二次正交组合试验的4因素5水平试验方案,并结合地质雷达,按照组合设计表进行了17次野外试验。经过计算得出影响因素的显著性由高至低分别为:霍克布朗参数S、M、S和M的交互作用及隧道埋深。     

大埋深跨采巷道变形机理分析

巷道受采动影响时,应力重新分布,围岩处于卸压状态,导致巷道变形严重。针对这一现象,在华恒煤矿-1000m水平副暗斜井,利用现场实时在线监测数据和数值模拟计算,分析了跨采巷道随采煤工作面推进的变形破坏规律。监测数据表明,巷道变形包括顶板下沉、两帮移近和底鼓,其中底板变形破坏最严重。数值模拟分析得出,跨采后的巷道底板和右帮塑性区范围比跨采前有较大增长;在巷道顶底板处,围岩垂直应力处于卸压状态,水平应力出现应力集中现象。垂直应力的卸压和水平应力的横向作用是造成巷道底鼓的力学原因,底板没有采取支护措施是造成底鼓的直接原因。