深部软岩巷道围岩分区破裂模拟实验

为研究深部软岩巷道破坏特征和机理,采用与实际工程岩体结构相似的巷道围岩物理模型进行三维模拟试验,考虑了不同应力水平、岩性(软岩和硬岩)、岩体结构特征(节理及层理分布)以及支护形式等因素,通过对比分析在弱、强支护条件下围岩内部不同深度的应力状态和位移,归纳出巷道围岩分区破坏的原因和影响因素,同时提出了主应力方向的旋转对巷道围岩的破坏作用,初步认为深部巷道分区破裂主要是剪切和张拉破坏共同作用的结果,这对于探索软岩巷道变形破坏规律和指导支护技术具有重要意义.     

深部软岩巷道变形特性及其控制支护技术研究

围绕深部复杂软岩巷道稳定性控制研究中存在的主要问题,在软岩巷道的变形破坏特征、围岩的变形破坏机理以及深部软岩巷道的稳定性控制等方面进行了系统而全面的研究。基于对深部复杂软岩巷道变形破坏特征与围岩变形破坏机理的研究成果,分别采用"三锚"联合支护技术、"长短锚"联合支护技术以及抗让结合的支护理念,研究确定了深部复杂软岩巷道稳定性控制的合理支护方案。监测数据和分析结果表明,所确定的软岩巷道的稳定性控制方案是合理、有效的,可以保证深部复杂软岩巷道的长期稳定性。     

深部软岩巷道围岩塑性区演化规律及其控制

针对深部软岩巷道大变形的问题,采用理论分析、数值模拟以及工程试验等手段从巷道围岩塑性区演化规律探讨围岩控制原理.研究发现:深部高地应力软岩巷道塑性区轴比与应力集中之间的恶性循环,造成巷道围岩非均匀大变形,这是导致巷道失稳的主要原因.控制巷道塑性区最大半径方向上的围岩变形,这是关键,提出了"强化最大破坏深度围岩强度,强力控制关键区域巷道表面变形,支护结构协同控制,支护-围岩协同变形"的"两强两协同"围岩控制原理.基于该原理,设计以"可缩性桁架锚索+锚杆(索)"为核心的深部软岩巷道围岩协同控制方案,经工程试验表明该方案可有效地改善巷道围岩的大变形.     

深部软岩大变形巷道锚注一体化支护技术及应用

为了研究深部软岩巷道变形机制及相应的控制对策,以金川煤矿8202工作面回风顺槽为研究对象,针对深部软弱破碎岩层条件下的巷道围岩控制问题,采用室内试验和现场实测与理论研究相结合的方法,揭示了裂隙发育岩体巷道及典型支护结构体的变形破坏机制,分析了巷道围岩裂隙发育,易吸水膨胀,锚杆支护潜力未有效发挥等造成巷道围岩变形破坏的因素。基于现场围岩支护体系受力与变形数据分析,并通过FLAC~(3D)数值模拟软件,对比分析不同支护方式下围岩变形破坏特征。提出了浅部注浆支护封堵围岩裂隙、锚杆锚索支护配合锚索梁形成多层组合拱的联合支护方式。确定了对巷道围岩破碎严重区段进行注浆,锚杆长度3 m,锚索长度9 m,挂梁锚索长度6 m,锚索梁长度3.8 m,采用11#工字钢,全断面采用W钢带及金属网护表的主要支护参数。结果表明:新方案实施后,巷道表面位移较原方案平均降低72.8%,顶板下沉量大幅度减小,该技术能够有效控制围岩大变形,维护巷道长期稳定。     

大变形软岩巷道2次耦合支护参数优化

山东省菏泽市彭庄煤矿西翼-500 m水平行人大巷属于典型中深部软岩巷道,由于支护对策不合理导致围岩变形破坏剧烈。为了得到围岩的变形规律及破坏机制,进行矿压监测、松动圈探测、围岩物理力学参数测试、地应力测试等研究,并提出2次耦合支护方案。为进一步研究2次耦合支护力学机制,对初次支护和2次支护后围岩塑性区与应力分布特点以及初次支护后10~60 d内进行2次支护围岩变形规律进行数值模拟分析。研究结果表明:2次耦合支护能有效控制围岩塑性区的发展,改善应力分布状态,最佳2次支护时间为巷道初次支护后的30~40d。2次耦合支护能有效控制围岩稳定,减小围岩变形,能为类似软岩巷道支护工程提供一定的参考。     

王洼矿区软岩回采巷道破坏机理分析

在现场调查的基础上,对巷道的表面变形和深部围岩变形规律进行了监测,分析了王洼矿区软岩回采巷道围岩变形与破坏机理。监测表明:煤层开采深度较大,围岩变形情况复杂,因现有的锚网支护条件下围岩不能保持平衡,难进入稳定状态,满足不了该条件下的围岩变形,采用锚棚联合支护后最终进入稳定。原支护主要是没有考虑到软岩全煤巷道裂隙发育,锚固长度对锚固支护的有效性差的特点,采用锚棚联合支护或加长锚固能够有效控制巷道的变形和破坏。     

鹤壁五矿深部高应力软岩巷道破坏机理及对策

针对鹤壁五矿深部三水平延伸轨道下山高应力软岩巷道支护问题,采用理论分析与数值模拟手段对其变形破坏机理及支护对策进行了研究.结果表明,在深部高地应力及软岩膨胀性作用力的影响下,巷道围岩内部积聚了大量的变形能量,单纯依靠多种支护形式的叠加,而不注重支护体与围岩之间以及支护体之间的耦合是巷道失稳的主要原因.为此,提出了锚网喷+锚索+底角锚杆+桁架耦合支护对策,即通过喷层封闭围岩,锚网柔性支护释放变形能,底角锚杆转移底臌塑性滑移作用力,锚索+桁架支护控制围岩整体变形,从而实现对高应力巷道围岩变形的有效控制.该技术在现场进行了成功应用,取得了良好的效果.     

极软岩巷道底臌锚注支护控制技术

针对极软岩巷道围岩变形破坏和严重底臌问题,现场通过对巷道围岩进行地应力量测、物理力学性质分析测试、矿物成分分析和节理裂隙调查确定了软岩类型。并针对现场围岩的具体情况,设计了有效的控制极软岩巷道底臌的锚注支护方案,通过使用岩石破裂过程分析(RFEA)系统对支护方案进行了数值模拟,进而确定一次锚网喷支护、二次锚注支护方案能够有效地加固巷道的两帮、顶板以及底角,并抑制底臌的发生,进而提高围岩本身的承载能力,达到治理围岩的目的。通过工程实践证明,此种支护方案是有效并且可行的。     

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。     

贵州沿空留巷支护技术的分析与改进

针对贵州某煤矿沿空留巷在原有支护条件下,靠上帮一侧顶板以及下帮底角的岩层变形破坏较严重的情况,对巷道支护方式进行改进。利用数值模拟软件,对改进支护后的巷道围岩变形破坏情况进行分析。研究发现：改进支护后的巷道围岩变形破坏情况得到明显改善,改进后的支护方式能够较好地阻滞巷道上帮一侧顶板和下帮底角的岩层严重变形破坏,从而保持巷道围岩的完整性和稳定性,研究可为类似条件矿井沿空留巷的支护方式提供参考。     

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。     

深埋软岩巷道高预应力恒阻耦合支护技术及其应用

针对深埋软岩巷道揭煤段掘进过程中围岩变形控制的问题,以石垭口煤矿1790回风石门为背景开展研究。首先,依据现场工程地质调查与实测结果分析了巷道揭煤段变形破坏特征;其次,采用理论分析与数值模拟等综合研究手段,揭示了深埋软岩巷道揭煤段大变形破坏机理;第三,基于开挖补偿力学效应和NPR(negative Poisson’s ratio)长、短锚索耦合控制机理,提出了以NPR长、短锚索为核心的高预应力恒阻耦合控制技术;最后,通过数值模拟的手段验证了该方案的合理性。研究结果表明：巷道存在围岩变形严重、支护结构破断失效和巷道维护成本高等特征;巷道失稳破坏的根源在于围岩强度低且破碎严重、原支护结构不耦合以及支护强度不足;本文提出全断面“NPR长、短锚索+底角注浆锚杆+反底拱”的控制方案与参数。现场工业性试验中,NPR支护段较普通支护段围岩变形减小300～500 mm,NPR锚索受力最终稳定为340 kN左右。高预应力恒阻耦合支护方案可有效控制深埋软岩巷道揭煤段围岩大变形,为揭煤段围岩安全稳定控制提供了新支护手段。     

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。     

大淋水泥化弱胶结软岩巷道分阶段闭合支护技术

大淋水条件下泥化弱胶结软岩巷道的变形及失稳机理比较复杂,淋水会造成岩体软化、泥化,使围岩承载力下降、支护体失效,最终导致巷道产生非线性大变形.通过现场围岩变形观测与FLAC 3D软件数值分析,充分了解了新上海一号煤矿软岩巷道的变形破坏特征.在大量软岩巷道支护实践经验的基础上,提出了以防治水为前提,一次支护卸压、二次支护定型、关键部位强化为原则,顶板注浆、底板钢筋混凝土反底、底角格栅、全断面喷浆为手段的综合性分阶段巷道围岩闭合支护方案.在113采区回风巷进行了70m现场应用试验,结果表明该方案有效控制了软岩巷道的围岩变形.     

高应力软岩巷道壁后充填支护研究

高应力软岩巷道属非线性大变形问题,巷道支护必须满足其变形要求。总结了白皎煤矿高应力软岩砌碹巷道变形破坏特征,分析了砌碹巷道破坏机理,并对碹体壁后充填粉煤灰基材料改善"支护-围岩"关系的作用机理进行了分析,最后得到了现场验证。     

深部软岩巷道支护耦合转化技术研究

通过对深部开采软岩巷道的变形破坏机理的研究,巷道变形破坏主要是由于支护体力学特性与围岩力学特性在强度、刚度以及结构上出现不耦合所造成的;且变形首先从关键部位开始,进而导致整个支护系统的失稳。因此,要保证深部软岩巷道围岩的稳定性,必须实现支护体与围岩的耦合,当锚杆与围岩在刚度上实现耦合时,能最大限度地发挥锚杆对围岩的加固作用;当锚网与围岩在强度上实现耦合时,将会使围岩的应力场和位移场趋于均匀化;当锚索与围岩在结构上耦合时,可以充分利用深部围岩强度来实现对浅部围岩的支护。同时列举了部分复合型想单一型的耦合转化技术,为巷道锚杆耦合支护技术的实施提供了依据。     

软岩巷道"三锚"支护过程对巷道围岩稳定性影响

通过数值模拟和正交试验确定锚索、锚注、复喷的相关参数和最佳的支护工艺过程即：开挖→初次喷射混凝土→锚杆→锚索→复喷→锚注;运用FLAC模拟了软岩巷道逐步开挖和支护的过程,分析了不同的支护工艺过程下巷道围岩应力和位移的变化,进一步论证了最佳的支护工艺过程能有效的控制围岩的变形。这些为软岩巷道的支护工艺过程设计提供了理论参考,同时对于复杂条件下巷道支护的技术实践,具有重要的指导作用。     

弱胶结软岩巷道锚网喷架联合支护技术

为研究弱胶结软岩遇水易泥化、崩解对软岩巷道变形破坏的影响,以东胜井田某矿主斜井弱胶结软岩巷道支护工程为研究对象,通过室内试验分析弱胶结软岩遇水软化机理;通过理论计算,提出全断面锚网喷架支护方案并给出具体支护参数;利用有限元分析软件MIDAS/GTS对弱胶结软岩巷道全断面锚网喷架支护方案进行数值仿真分析.研究结果表明:较大孔隙的微观结构和较高的伊利石、蒙脱石等亲水性物质含量是导致弱胶结软岩遇水破坏变形的主要因素;全断面锚网喷架支护形式能够确保支护体系充分发挥作用,围岩变形量较小.     

高应力软岩巷道壁后充填支护研究

高应力软岩巷道属非线性大变形问题，巷道支护必须满足其变形要求。总结了白皎煤矿高应力软岩砌碹巷道变形破坏特征，分析了砌碹巷道破坏机理，并对碹体壁后充填粉煤灰基材料改善“支护－围岩”关系的作用机理进行了分析，最后得到了现场验证。