深井三软煤层巷道围岩控制技术与工程实践

以丰城矿务局尚庄煤业有限公司-650 m水平西运输上山为例,采用理论分析和现场试验的方法,研究了深井三软煤层巷道的变形破坏机理,认为深井三软煤层巷道围岩是由顶板、底板、两帮组成的复合结构体,两帮和顶板稳定性对底鼓有较大影响,在提高巷道围岩整体稳定性的同时,加固两帮和项板能够较好的控制底鼓.因此,提出固帮强顶的深井三软煤层巷道围岩控制技术.该研究成果已成功应用于工程实践,并取得了良好的支护效果.图4,参6.     

深井沿空掘巷底臌机理研究

分析了国内外回采巷道底臌力学原理及控制技术方面的研究成果。传统的底臌控制研究均围绕巷道底板进行,难以从根本上解决回采巷道底臌控制问题。通过现场试验及理论分析认为,回采巷道底臌的主要影响因素是工作面超前支承压力,回采巷道底臌主要来自底板破碎岩层的峰后变形,而顶板、两帮的变形对底臌亦产生重要影响,因此,回采巷道的底臌控制与巷道围岩整体稳定性有关,在提高巷道围岩整体稳定性的同时,加固帮、角可较好地控制回采巷道的底臌。     

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。     

回采巷道底臌力学原理及控制研究新进展

分析了国内外回采巷道底臌力学原理及控制技术方面的研究成果.传统的底臌控制研究均围绕巷道底板进行,难以从根本上解决回采巷道底臌控制问题.通过现场试验及理论分析认为,回采巷道底臌的主要影响因素是工作面超前支承压力,回采巷道底臌主要来自底板破碎岩层的峰后变形,而顶板、两帮的变形对底臌亦产生重要影响,因此,回采巷道的底臌控制与巷道围岩整体稳定性有关,在提高巷道围岩整体稳定性的同时,加固帮、角可较好地控制回采巷道的底臌.参47.     

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。     

湿度场下矩形巷道围岩破坏规律的数值研究

为探究高湿度环境对矩形巷道破坏过程的影响,利用湿度-应力-损伤耦合模型,采用岩石破裂过程分析软件湿度版,建立3种层状岩层煤巷数值模型及3种开采方式的煤-岩巷道数值模型,再现湿度场下矩形巷道围岩破坏过程,分析湿度场下巷道变形随时间变化的特点。结果表明:湿度对矩形巷道的变形和破坏有显著影响。煤巷的破坏裂纹首先在两帮的煤层中萌生,进而扩展到强度较低的顶板或者底板,最终扩展到强度较高的岩层中;煤-岩巷道顶板的变形量与煤层的相对位置有关,虽然破坏同样先出现在煤层中,但是与煤巷不同的是,裂纹向距离煤层近的顶板或底板扩展。     

关于松软煤层加强锚帮支护的实践应用探讨

松软煤层巷道支护是煤矿井巷支护的难点和重点。多年来,关于软煤巷道的支护研究与现场实践均有了很大的发展。在高应力松软煤层巷道围岩承载结构中,两帮和顶板松软、破碎,巷道一旦开挖,两帮在较短时间内即可能发生破坏失稳,这对巷道顶底板的稳定性十分不利。所以,若想控制特厚松软煤层巷道稳定性,必须采取相应的支护手段对松软煤帮及时进行加固,防止围岩产生过大变形量,从而使巷道维持在稳定状态。     

厚煤层软煤巷道围岩活动规律及支护数值分析

利用模糊综合评判法对软煤厚煤层全煤巷道围岩稳定性进行预测分类,介绍了分类指标原始数据的预处理方法及其对聚类中心隶属度的确定方法;根据分类结果,通过工程类比确定了锚杆、锚索支护参数;采用FLAC3D软件,针对巷道沿煤层顶板、底板掘进,在锚杆(索)支护条件下,对围岩活动规律进行了分析与对比。结果表明:无论沿顶布置还是沿底布置,巷道两帮底部的变形量均大;当巷道沿煤层顶板布置时,煤底的底鼓突出;当巷道沿煤层底板布置时,巷道煤顶是支护控制的重点。通过顶围岩变形的对比,巷道沿煤层底板布置,加强顶部中间部位和两帮底部的支护是维护巷道围岩稳定的有效措施。     

深部高应力巷道的非对称大变形

针对深部巷道尤其是倾斜岩层中的巷道围岩大变形问题,根据和分解有限变形力学理论,采用深部工程软岩大变形力学设计与分析系统(LDEAS)对旗山-1000 m 水平北翼轨道联络大巷的开挖过程进行了数值模拟.结果表明,倾斜岩层中巷道出现底板臌起、两帮缩进,顶板出现大面积的下沉;底板臌起、两帮缩进量的最大值和顶板的最大下沉量均随着巷道底板下岩层弹性模量的降低而呈增大的趋势.和分解增量法分析模型下巷道顶板的最大下沉量要小于两帮的最大收缩量,但是极分解增量法分析模型下巷道顶板的最大下沉量却大于两帮的最大收缩量.     

利用图像变换处理巷道底鼓模拟试验数据

深埋巷道底鼓由于矿井深度增加，地应力加大，岩石呈现明显的流变性质，利用蠕变模拟试验和白光数字散斑图像变换手段，研究了巷道底鼓的发生原理和底板加固、底板切缝两种防治方法；探讨了底板加固、底板切缝后，巷道围岩变形、应力分布和支护应力随时间的变化规律破坏方式；同时分析了底板加固、底板切缝的参数对底鼓灾害的影响程度。     

曲江煤矿深部岩巷破坏机理及锚索合理支护时间的确定

以曲江煤矿为例,针对煤矿深部大巷围岩大变形的支护难题,通过理论分析、实验室实验、数值计算、现场调查及监测等方法,对大巷围岩破坏机理及合理的锚索二次支护时间进行研究.研究表明,高应力作用下巷道围岩蠕变、支护方式的不合理等因素是造成大巷围岩大变形的主要原因,但通过顶底角锚杆、锚索的作用可以在很大程度上改善围岩的应力状态,特别是减少两帮对底板的应力传递作用;巷道开挖进行锚网喷支护1个月后进行锚索等二次支护较为适宜.     

回采巷道底臌过程研究

分析了回采巷道底臌的发生、发展过程 ,回采巷道的底臌过程是 ,巷道开掘后 ,由于底板岩层由三向应力状态变为二向应力状态 ,岩体释放应变能 ,在应变能释放过程中 ,底板浅部岩层发生离层或破坏 ;回采过程中 ,在二次水平应力作用下发生压曲破坏和峰后蠕变 .回采巷道底臌不仅与底板岩层的力学特性有关 ,还与工作面超前支承压力、两帮变形有关 .图 8,参 5     

新安矿深部软岩巷道大变形特征及原因

新安煤矿是在建矿井,煤系地层属中生代地层。巷道埋深达1 000 m,不仅应力高,地质构造复杂,而且煤层顶底板以泥质岩石为主,含膨胀性矿物,岩石松散破碎、强度低。巷道开挖后,出现严重底臌、折帮和顸沉等非线性大变形破坏现象。运用工程地质学、软岩工程力学、黏土矿物学等多学科理论,采用工程地质调研、室内实验研究相结合的手段,对新安矿回风石门软岩巷道的变形破坏特征及其原因进行深入研究。研究认为:深部软岩巷道所处地质环境和围岩特征是产生非对称变形破坏的客观原因;普通支护的局限性是造成大变形破坏的主观原因。应该有针对性地采用有效支护方式,实现围岩与支护体在强度、刚度和结构变形三方面的耦合,有效控制变形,保证巷道稳定。该研究为下一步有针对性地进行支护设计提供了理论依据和指导性建议。     

泥化弱胶结软岩巷道底板变形破坏机理分析

煤矿软岩巷道极易发生变形破坏,底臌量大是其重要的特征.以新上海一号煤矿副井绕道巷道为工程背景,研究了泥化弱胶结软岩巷道底板的变形破坏机理.从现场选取岩样进行室内实验,研究发现围岩具有强度低、胶结程度差、遇水泥化软化、吸水膨胀等特殊的物理力学性质;结合现场监测数据和数值模拟结果,巷道底板变形速度快、持续时间长、总变形量大且不收敛,是以流变和膨胀为主的非线性大变形;底板破坏与变形增加的趋势一致,塑性区发展速度前期快,后期慢,但范围不断扩大;通过机理分析,巷道底板的变形破坏是在水和构造应力耦合作用下的恶性循环的结果,底臌为流动膨胀复合型,治理的关键是治水和加强支护.以上述理论为指导,对巷道支护方案进行了优化,监测数据显示底板变形破坏得到了有效控制.     

圆形巷道围岩破坏机制解析及静动耦合响应力学行为

非等压圆形巷道围岩塑性区相关问题是影响围岩破坏失稳的重要因素。首先,基于Mohr-Coulomb破坏准则,分析非等压圆形巷道围岩塑性区边界条件,探究侧压系数对塑性区形成的影响机制。此外,利用ANSYS/LS-DYNA仿真平台对不同侧压系数下的巷道围岩力学行为进行静动载荷耦合响应数值模拟。结果表明：侧压系数的增大显著改变围岩有效应力的分布特征。有效应力场的分布特性与塑性区边界理论解具有一定的吻合性。不同侧压系数的应力场作用时,巷道围岩的变形具有显著的差异性,随着侧压系数的增大,围岩发生较大的非均匀性变形。静动耦合作用下顶板和底板的围岩破坏区域显著增加,但两帮围岩的破坏面积有减小的趋势。     

大跨度矩形巷道围岩失稳破坏机制及数值模拟

巷道围岩的失稳破坏是资源开采阶段面临的重要问题。首先,对巷道围岩失稳机制进行了理论分析,探究巷道稳定性的主要因素,并基于ANSYS/LS-DYNA仿真平台对不同跨度巷道（4 、6 、8 、10 m）进行动静荷载耦合响应数值模拟分析。结果表明：当巷道埋深、底板梁厚度等因素一定时,巷道跨度是影响巷道围岩失稳的主要因素。巷道围岩在初始静应力场作用时,第一主应力随着跨度的增加呈现逐渐增大的趋势;跨度的增加（10 m）会使巷道围岩x和y方向的应力发生突增现象,均在巷道底板处有相对较大的拉应力。巷道跨度的增大,导致左右两帮的移近量有所增加;顶板下沉和底板隆起的程度显著增加,加剧巷道失稳破坏风险。在静动荷载耦合作用下,巷道围岩发生失稳破坏,破坏程度随跨度的增加而增加。