在破碎岩体中维护采准巷道的试验研究

针对松树镇矿＋490采区运输中巷围岩破碎,变形量大,维护困难的条件。应用巷帮深孔爆破卸压的应力控制法,改变巷道围岩应力分布状态,改进了巷道施工工艺和维护措施,取得了巷道维护的理想效果和经济效益。在破碎岩体中维护采准巷道的试验研究@关玉顺 @杨艳国     

煤柱宽度对综放面围岩应力分布规律影响

护巷煤柱宽度及巷道相对工作面位置的不同,将引起巷道围岩应力重新分布和岩层移动的差异,对回采巷道稳定性及其维护有重要影响. 以谢桥煤矿1151(3)综放面地质技术条件为背景,采用计算机数值模拟并结合现场实测研究,揭示了煤柱宽度变化对综放面围岩应力分布及变化规律的影响.研究表明,综放回采巷道护巷煤柱宽度的变化,不仅使煤柱内应力分布规律不同,而且使得相邻工作面煤体内应力分布规律也不同,二者应力分布随煤柱宽度变化而转移;巷道维护状态是工作面煤层和煤柱内应力场共同作用的结果,护巷煤柱的合理宽度应小于巷帮实体煤内应力向煤柱内转移的临界宽度.     

煤层巷道锚杆支护稳定性数值模拟研究

锚杆支护的作用在于加大巷道围岩的围压，从而提高围岩的强度而保持其稳定性。我国大多数矿井进行锚杆支护设计多以经验方法为主，具有一定的局限性，很难满足生产上的要求。本文采用FEM和BEM耦合算法，对木城润煤矿540203工作面顺槽、切巷和 570二石门三槽煤巷、切巷两种条件下锚杆支护试验巷道的围岩应力、变形及破坏规律进行的数值模拟研究，分析了锚杆支护巷道应力变化及可能发生的力学效应，为合理进行锚杆支护设计提供了依据。     

深井岩巷破坏机理与支护优化研究

岩巷的稳定性评价与支护设计对深井岩巷掘进和维护十分重要。为了开展深埋煤矿岩石巷道围岩稳定性分析和锚网支护参数优化分析,以文家坡煤矿深埋一号辅助运输大巷为工程背景,采用多种监测手段完成了岩巷变形特征的实测分析,然后运用数值模拟的方式从巷道围岩塑性区发展规律和围岩应力变化特性两方面分析了巷道围岩变形破坏机理,最后根据现场监测和模拟结果优化了该巷道的支护方案,并进行了模拟验证。结果表明:随着巷道不断地向前掘进,巷道两帮围岩塑性区厚度先增大直到逐渐稳定,自重引起的水平应力使巷帮向巷道内收敛,顶板产生剪切破坏,两帮产生劈裂破坏;原支护方案作用下巷道围岩变形量非常小,锚杆(索)支护方案过于保守。将帮部锚杆长度由2.7 m优化到2.3 m后,在其他支护参数保持不变的情况下支护可以满足巷道稳定性的要求。     

巷道围岩自稳结构原理及其影响因素研究

巷道开挖后，围岩总是向着趋于自我稳定的方向调整，直至达到应力平衡的自稳结构为止。巷道的维护本质上就是对围岩自稳结构的维护。本文阐述了巷道围岩自稳结构的原理，通过数值试验手段对岩性、原岩应力状态、开挖方式，巷道形状、支护方式等影响自稳结构的因素进行了研究，并分析了这些因素对巷道支护设计的影响。所得结果对巷道支护设计提供了指导，实践证明该方法是有效的。     

大倾角厚煤层软弱围岩煤柱支承压力监测分析

大倾角软弱围岩环境下,工作面巷道扰动区内煤柱应力变化及分布特征复杂.开采扰动、煤厚及倾角因素的影响易造成区域内巷道围岩局部附加变形失稳和支护失效,而理论推导和定量验证得到的护巷煤柱参数往往与实际差别较大.基于现场地质力学调查,借助钻孔应力探测仪对工作面主运巷下帮护巷煤柱纵向和倾向移动支承压力显现特征进行了监测分析.得出纵向和倾向移动支承压力峰值位置和分布范围,并根据弹塑性极限平衡理论对峰值位置进行了计算和对比分析,为改善巷道维护状态和提高煤炭资源采出率及类似条件下的厚煤层开采提供有益借鉴.     

煤柱宽度对综放回采巷道围岩破坏场影响分析

为了研究综放回采巷道围岩破坏场随护巷煤柱宽度变化的特征，采用计算机数值模拟（FLAC3D）对不同煤柱宽度综放回采巷道围岩破坏进行了研究。结果表明：不同宽度煤柱的巷道围岩在回采期间破坏有很大差异，极窄小煤柱完全破坏，中等煤柱压应力较高，较大宽度煤柱内存在弹性区，但造成的煤炭损失大：巷帮实煤体的破坏主要以剪切破坏为主，而煤柱的破坏则主要是剪切、拉伸复合破坏。合理的护巷煤柱宽度应大于保证煤柱不被压垮、不发生裂隙向采空区漏风、诱发自燃的最小煤柱尺寸，同时最大煤柱宽度应避免煤柱承受较高应力而失去稳定性。     

深部巷道围岩热-固耦合条件下的变形破坏数值分析

为研究深部巷道围岩热-固耦合条件下的变形破坏特征,根据深部巷道围岩体稳态温度场模型,得出了热-固耦合条件下深部巷道围岩体应力场、位移场及塑性圈半径的解析解,总结了热应力作用下围岩变形破坏的影响因素。借助Comsol Multiphysics多物理场耦合仿真软件对深部巷道围岩进行热-固耦合数值模拟,并将岩石力学参数与温度的关系引入模拟计算,分析了热应力、支护阻力对围岩变形破坏的影响规律。仿真结果显示,围岩热应力场分布呈非线性变化,浅部应力梯度大,深部应力梯度小;当巷内温度低于原岩温度时,热应力为压应力;随原岩温度升高,径向卸压范围及切向应力集中范围扩大,围岩塑性圈宽度和径向位移值有所增大;随巷内支护阻力提高,围岩塑性圈宽度和径向位移值则有所减小。现场试验发现,巷道围岩热应力场、应力场及位移场计算结果与实测结果吻合较好。     

煤矿巷道底臌的模拟分析——以高河煤矿为例

以高河煤矿现场实际情况为依据,利用FLAC3D有限差分软件建立数值模型,计算E2305工作面回采过程中胶带巷围岩应力的分布和峰值,模拟分析巷道变形、底臌形成过程及原因。模拟E2305工作面分别推进20～140 m时E2305工作面胶带巷煤柱帮应力及工作面侧帮应力分布情况。通过分析得出E2305胶带巷的应力峰值为37.5 MPa,距离巷帮5.6 m,巷道两侧的峰值应力分别为28.4 MPa和37.5 MPa,应力峰值均较高,巷道面临着高垂直应力作用,导致巷道底臌严重。     

深部高应力松软岩层稳定性监测及实验研究

深部开采中巷道维护理论与浅部有十分明显的区别。这种差别的根源在于岩石赋存环境上的差异，尤其是深部高应力条件下岩石表现出十分特殊的力学行为。通过对宁夏石嘴山一矿38区＋600m轨道巷的工程地质调查、岩石力学实验、围岩变形与应力观测等，获得了宝贵的数据信息，为现场进行工业化试验和最终解决采掘接续和安全开采提供了科学依据。     

深部高应力软岩巷道矿压显现规律研究

在对石嘴山一矿38区＋600m轨道巷围岩收敛变形和矿山压力进行现场监测的基础上，利用线性回归得到巷道表面相对移近速度，分析并总结了深部高应力软岩巷道矿压显现规律，对引起巷道破坏的主要原因进行探讨，并提出采用不对称的锚网索复合支护形式，为类似软岩巷道的支护设计提供科学依据。     

综放沿空煤巷不同支护方式围岩变形演化规律的数值模拟

针对综放开采沿空掘巷围岩控制的问题,采用数值模拟方法,以山西兰花集团公司大阳煤矿3203综放回风顺槽为研究对象,利用FLAC3D计算程序系统模拟了留设5m煤柱护巷时回采巷道围岩和小煤柱应力演化过程,对无支护、有支护情况下的巷道顶、底板及两帮的应力分布特征,巷道围岩位移特征和沿空煤巷围岩破坏区演化规律进行了对比分析.结果表明,锚杆(索)支护形式能有效控制围岩变形破坏,并且施加锚杆(索)支护后围岩松动范围能有效控制在锚杆(索)锚固范围之内,为保证综放沿空煤巷的稳定提供了理论与技术依据.     

李子垭矿回采巷道底臌原因分析

本文借助于有限元计算方法,研究了巷道围岩,特别是底板岩层在自重应力及采动影响下的应力分布和破坏情况,找出了李子垭矿回采巷道底臌原因及影响因素,为制定防治回采巷道底臌措施提供了依据,对研究其它矿的巷道底臌问题也具有指导意义。     

构造应力作用下回采巷道变形特点及控制

本文分析了构造应力作用下回采巷道围岩的变形特点，在此基础上，提出了构造应力作用下巷道变形破坏的控制措施。     

易冒顶板锚索毛石墙联合沿空留巷技术及应用

 为了避免损失优质煤炭资源,缓解接续紧张的状况,鸡西矿业集团公司对稳固顶板推行沿空留巷,对不稳固顶板沿走向布置条带煤柱护巷。实际工作中为了避免资源损失,曾经提出砌毛石墙沿空留巷技术,但当开采深度达到600—800m时几乎一半巷道的断面净空缩小到初期掘进断面的一半以下;为了进一步解决深部开采时沿空留巷的地压难题,又曾提出控制爆破切槽放顶沿空留巷技术。在易冒顶板,顶板随液压支架的移动而冒落,根本无法实施控制爆破切槽放顶。本文在分析上述沿空留巷技术变革的基础上,提出锚索毛石墙联合沿空留巷技术,即先锚索支护软帮顶板,然后毛石墙支护该锚索支护过的软帮顶板,引起部分顶板应力向底板转移,从而避免顶板过度应力集中。邱家矿井的开采实践表明,锚索毛石墙联合沿空留巷技术能经济有效地控制易冒顶板下沿空留巷的地压,但由于向底板转移的应力较大,需要多次挖底而消除底鼓危害。     

含裂纹岩石受载后的应力场特征及其影响因素分析

通过数值模拟的方法,应用RFPA^2D软件分析了含裂纹岩石受载后的应力场分布特征,用定义的应力集中系数来分析由于裂纹的影响而产生的应力场强度,并研究了裂纹长度以及它的力学参数等因素对应力场分布的影响。     

层理岩体爆破应力波传播规律研究

本文以层理岩体地层隧道开挖爆破为研究背景,通过理论解析和数值模拟分析层理倾角变化对爆破应力波的传播影响。研究发现：层理对应力波具有一定的吸收和反射作用,加速了爆破应力波在层理岩体中衰减;层理倾角越大应力波的透射率越小,应力波透过层理的衰减度越大;当应力波由硬介质入射到软介质中时透射率小于1,反之透射率则大于1。当层理倾角大于30°时,应力波的反射率随层理倾角的增大而变大;小于30°时,应力波反射率随层理倾角的增大而减小。此外,运用公式求解得到质点振动速度衰减度随层理倾角变化关系。     

深埋公路隧道高地应力场特征分析及岩爆预测

深埋隧道岩体中有较高地应力,在岩石强度较高的围岩处易发生岩爆,影响围岩稳定性。笔架山公路隧道埋深大,为降低其安全建设风险,本文通过工程区岩样岩体力学实验对围岩性质进行研究,结合地应力资料建立三维有限元地质模型反演隧址区地应力场,最终利用谷-陶岩爆判据和强度应力比岩爆判据对笔架山隧道岩爆状态进行预测。结果表明：隧道工程区内岩体有中等-强烈岩爆倾向;隧道沿线地应力场由自重应力场主导,大多数区段岩体处于极高应力状态,且水平最大主应力与隧道夹角较小,有利于围岩稳定;开挖后沿线围岩最大主应力峰值为63.2MPa,均发生在断面侧壁,因此在该部位发生岩爆的可能性较大;隧道沿线24%区段有发生岩爆的可能,且以中等-高岩爆活动为主,岩爆预测结果可为隧道开挖施工和灾害防治提供参考。     

采矿动压对附近巷道围岩应力影响的分析

为弄清采矿动压对附近巷道围岩稳定性的影响,并为对巷道变形破坏显著地段和冲击地压的危险性预测提供依据,以某矿工作面开采为研究对象,建立三维数值模型,分析了采矿围岩应力演化规律;探讨了采矿动压对巷道围岩应力及应变的影响.研究表明：采场应力数值逐渐增大,应力集中区域自临空面向周边扩展、向前推进、且连续变化;掘进进度相同时,右帮围岩应力数值和增加梯度大于左帮围岩;同一选取路径上,右帮围岩应力呈阶梯状变化,而左帮的围岩应力呈规则状的曲线变化;采动动压引起巷道围岩应力集中,围岩中积聚的弹性变形能增加,具备发生冲击地压的内在条件.     

岩石受拉破裂过程及其导水性研究

运用岩石破裂过程分析RFPA系统对单轴拉伸试验下硬岩、软岩两个试件的破裂过程进行了数值模拟,主要研究了硬岩、软岩的破裂失稳特点和导水性。试验结果表明硬岩达到应力峰值时,发生突然失稳,开始导水;软岩在拉伸作用时不会出现突发性失稳现象,而是达到极限应变时才开始破断、导水。由试验结果得出应力变化信息对于硬岩、应变变化信息对于软岩的拉伸破断和导水性具有积极的预报价值。