基于软岩流变特性的“围岩-锚杆”系统稳定性模拟研究

针对新河煤矿-760 m软岩巷道变形大且持久的特点,采用三维数值模拟方法,分析了软岩巷道的流变特性对“围岩-锚杆”系统的影响,研究了流变软岩巷道围岩位移以及锚杆受力的发展变化特征.研究结果表明：锚杆轴应力与剪应力符合中性点理论,并且岩体弹性模量越小,锚杆剪应力越小,分布范围越大、越均匀,岩体弹性模量越大,剪应力越大,其作用范围越小、越集中,并且围岩位移会随着岩体弹性模量的减小而增大,即岩体越软,围岩位移越大.但通过锚注加固作用,该类软岩巷道围岩位移都得到了有效的控制,锚杆剪应力的分布特征研究为锚杆锚固形式在不同强度岩体中的选择提供了依据.     

高应力软岩巷道预应力桁架锚索支护技术

曲江矿212风巷属于深部高应力软岩巷道,原有的"锚索+锚杆+梯子梁+金属网"联合支护并没有从根本上解决大变形问题.通过数值模拟与实践经验,在原有支护的基础上分析了巷道破坏的原因并提出了预应力桁架锚索支护方案.实践表明:预应力桁架锚索与传统锚杆、锚索相比具有抗剪强度高和有效加固两帮减少顶板下沉等优点,能减小塑性区范围,提高围岩的稳定性.     

冻结红层软岩的蠕变特性研究

为研究第三系红层软岩在低温下的蠕变特性,对冻结红层进行单轴蠕变试验,试验结果表明,在应力水平较低时,软岩只存在衰减蠕变,随着应力水平的增大,当超过流变长期强度时,出现了非稳定蠕变;同时,随着温度的降低,软岩的瞬时应变量和蠕变量都会明显减少,而长期强度则有较大幅度的增长,说明温度对软岩及冻结壁的流变性质影响十分显著。引入与时间和应力相关的非线性黏滞系数和时间开关函数,对西原模型进行改进,得到了可以描述加速蠕变的非线性流变本构模型,通过试验数据对冻结红层软岩的参数进行了辨识。将流变模型嵌入到abaqus有限元程序,并对井筒开挖进行数值模拟,获得冻结壁最大位移与时间曲线,通过与实测值进行比较,两者较为吻合。可见,建立的流变模型能够很好的描述冻结红层软岩的蠕变规律。     

深井高应力软岩岩巷支护技术研究

该文重点针对新汶矿区埋深大、高地应力带来的巷道支护难题,研究新汶矿区深井高应力软岩巷道支护技术.首先通过地应力测试和围岩分类为选择合理的支护方式提供依据,通过选择合理的断面形状提高岩巷承载能力,通过优化巷道布置,研发高强锚杆、锚索、高强W钢带等深部巷道支护材料,采用高强锚杆一次支护、联合支护、让压支护、钢管混凝土支架强力支护等多种支护方式确保了深井高应力岩巷及大断面硐室支护安全.     

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.     

新型锚杆预紧装置研究

锚杆预紧力不足是制约煤矿巷道锚杆支护效果和顶板安全的重要问题.基于滚动摩擦原理,提出了一种新的锚杆预紧装置,介绍了其结构和相应的使用方法.建立了锚杆螺母与垫板相互作用的力学模型,得到了锚杆螺母在拧紧过程中的摩擦力矩计算表达式,得到了采用"减摩器"条件下螺母与垫板之间摩擦力矩计算表达式.应用锚杆拧紧扭矩与锚杆预紧力的关系分析了该锚杆预紧装置对提高锚杆预紧力的效果.制作了锚杆预紧装置,并在锚杆实验平台上进行了预紧实验,结果表明该装置可以提高锚杆预紧力,且随着锚杆预紧扭矩的增加预紧力提升幅度相应增加.在现场进行了试用,取得了较好的应用效果.     

分次开凿及锚喷锚索支护在大断面软岩巷道中的实践与探讨

在大断面软岩巷道开凿过程中,采用分次开凿,减小初期巷道跨度,从而达到减小自然冒落顶高度;利用锚杆锚索改变围岩应力状态,提高了围岩强度。     

高强让压锚杆在某矿回风石门中的实际应用

随着煤矿开采深度的不断增加,井下煤矿巷道所受的地应力越来越大,尤其在地质构造活动强烈的地区,井下巷道支护及保持其稳定性更加困难.根据深部软岩条件下煤矿巷道锚杆支护效果不理想的情况,研究高地应力软岩环境下巷道科学的支护方式是保证煤矿采掘深部煤层的关键.矿井支护实践证明高强高预应力变形让压锚杆均压锚杆能够有效的解决深井高地压巷道支护存在的问题.     

软岩动压巷道"三锚"支护参数的正交优化设计

依据FLAC程序进行了锚杆、锚索和锚注支护参数的正交优化设计,确定了在受采动影响下的软岩巷道最优支护参数,同时分析了各种支护参数的特点,并对试验结果进行回归分析,求得了回归关系式;通过分析和计算,确定了受采动影响下底板软岩巷道合理的维护参数,并分析了底板岩体的应力分布规律,对底板巷道的维护、修护及确定巷道的合理位置都提供了有价值的指导或参考.     

基于原岩应力测量的软岩巷道支护优化设计研究

为了解决曹庄煤矿高应力软岩巷道支护困难的问题,进行了井下原岩应力实测,采用基于实测地应力的锚杆支护优化设计方法,优化了巷道支护设计参数。工程实践表明,该支护技术有效控制了高应力软岩巷道围岩变形,取得了良好的技术经济效益,提供了一种控制高应力软岩巷道围岩变形的有效方法,对类似条件下巷道支护设计具有一定借鉴意义。     

NPR锚杆/索围岩动力响应数值模拟分析

为了解决深部开采造成的冲击地压、大变形和常规锚杆/索破断失效等问题,本文以某煤矿釆区为研究试验段,基于高地应力软岩大变形破坏机理,采用FLAC3D-PFC3D耦合建模方法首次开展NPR锚杆/索动力学数值模拟研究,建立PR和NPR锚杆/索两种支护方案的数值模型,对比分析动荷载下硐室围岩以及锚杆的受力、位移情况.结果表明:25MPa冲击荷载下,25根PR支护锚杆/索中21根已失效,围岩大面积失稳,耦合墙出现严重变形,硐室呈现内凸弧形变形破坏.而相同条件下,NPR锚杆/索均未失效,硐室围岩稳定性保持良好.     

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。     

软岩蠕变特性的数值分析

为了对高应力条件下岩石的变形特性进行准确的预测和预报,根据软岩蠕变特征,基于伯格(M-K)蠕变模型,考虑材料的粘弹性应力偏量特性与弹塑性体积变化特性,假定粘弹性和塑性应变分量经串联方式共同作用,建立了软岩蠕变特性的数值模型,并对Ⅴ类围岩的蠕变特性进行了数值模拟。结果表明,在高应力条件下,蠕变使围岩变形加剧,且蠕变变形随主应力差的增加而增大。     

深部巷道围岩蠕变的数值模拟

煤矿深部开采时,针对高地应力下岩体蠕变导致的巷道围岩变形问题,分析了围岩变形破坏特征,并结合现场相关地质资料,采用FLAC^3D程序的Burgers蠕变模块,对不同围压条件下巷道围岩蠕变问题进行模拟研究。结果表明：围岩的蠕变存在着初始蠕变和稳定蠕变两个阶段;围岩的蠕变移近量、变形速率和应力均随时间的延长而增大,最终趋于稳定。该研究对高地应力条件下巷道施工有一定指导意义。     

动压软岩巷道钢管混凝土支架支护围岩稳定性分析

 南山矿-225机道距离18煤工作面底板的距离小于5.8m,受回采动压影响明显,采用了高强度钢管混凝土支架进行巷道支护,高强度钢管混凝土支架的主体钢管为Φ159mm×8mm的无缝钢管,内部充填混凝土采用C40强度标准,通过理论计算可得钢管混凝土支架的极限承载能力为1894.3kN,并结合FLAC^3D数值模拟和现场监测分析18煤工作面回采对-225机道表面位移和围岩应力状态的影响.研究结果表明,距离工作面30m的范围内围岩受18煤工作面回采动压影响明显,最大垂向应力为27.4—42.9MPa,应力集中系数为2.27—3.57;钢管混凝土支架支护下动压巷道-225机道表面位移小于20mm,满足现场巷道围岩稳定性要求.     

大变形巷道锚杆力学特性的数值模拟

通过现场观测和实验室试验,对大变形巷道锚杆的力学特性进行了测试,揭示了锚杆与围岩相互作用全过程呈现:初撑、增阻、恒阻、降阻直至失效。论述了锚杆阻力下降和失效是大变形巷道锚杆支护所具有的基本规律。为此,对FLAC3.3中锚杆单元模型进行了修正,使其具备模拟锚杆损伤软化的功能,并将其成功地应用于实际工程中。     

深部软岩巷道破坏分析及其稳定性控制

随着煤矿开采深度的加大,越来越多巷道围岩呈现软岩变形特性,变形破坏非常严重。针对石嘴山一矿深部高应力复杂软岩巷道围岩破坏特点,从地质赋存条件、水对岩石的软化影响和支护结构方面分析,制定了相应对策,提出了锚、网、喷、注全封闭联合支护,用FLAC3D2．0对支护效果进行数值模拟可视化计算,确保巷道的稳定性,对巷道支护实践有一定参考价值。     

隧道围岩挤入型流变大变形预测及其工程应用研究

将高地应力条件下隧道软弱围岩发生挤入型大变形的复杂力学行为归属为变形速率快而收敛慢、量值大、达到稳定的时间长的一种非线性蠕变范畴,着重研究了对围岩挤入型大变形的预测方法及其可靠性评价.对乌鞘岭铁路隧道断层带施工开挖大变形问题进行了变形预测的工程应用,并对一种可用以解决上述围岩大变形问题的新型自进式压力分散型让压锚杆提出了应用建议.