大同煤业股份有限公司燕子山矿8#层围岩及支护参数优化

大同煤业股份有限公司燕子山矿巷道顶板稳定性较好,北翼回风大巷、轨道大巷以及运输大巷顶板是石灰岩,底板是细砂岩,两帮全部为煤层。为了合理评价燕子山矿巷道顶板的稳定性,本项目计划采用现场调研、围岩物理力学性质试验分析、理论分析和数值模拟计算等综合研究方法,来进行燕子山矿巷道顶板稳定性分级,据此来优化燕子山矿巷道支护参数。巷道围岩分类及巷道支护参数优化项目研究工作,是通过北翼回风大巷8#煤围岩微观分析、力学性能试验、北翼回风大巷巷道支护参数的优化设计研究等工作。项目主要研究内容包括:巷道围岩物理力学参数测试与分析、巷道围岩顶板稳定性分级、巷道支护设计理论研究、巷道支护参数的优化设计。总之,本项目以矿山岩石力学、弹性力学等理论为指导,结合理论分析、现场调研、常规力学试验和数值模拟等方法,进行燕子山矿8#煤层巷道围岩稳定性分级及巷道支护参数优化设计。     

深部高应力软岩巷道变形特点与控制方法

为研究煤矿深部高应力软岩巷道的控制方法,分析了深部高应力软岩巷道的变形特征和控制机理.研究结果表明,根据不同的工程条件,对高应力软岩巷道实行"对症下药"的锚、网、索、喷联合支护方式是控制高应力软岩巷道的有效途径,并通过对吕家坨矿深部采区巷道的现场工程实践,验证了这种联合支护方案的可行性.     

唐口煤矿深部软岩巷道支护技术研究

通过对唐口煤矿深部高应力软岩巷道的FLAC 3D数值模拟,揭示了深部高应力软岩巷道开挖后的围岩应力场、位移场及塑性区的演化规律;提出了锚注联合支护技术,对比研究了3种支护方式的支护效果,并在施工过程中通过现场监测及时反馈监测信息进行支护方案及参数优化设计。工程实践表明,锚注联合支护技术能够较好地控制深部高应力软岩巷道围岩的大变形、强流变和底臌。     

深部综采工作面厚顶板爆破控灾技术及应用

深部综采工作面厚顶板失稳极易诱发煤岩动力灾害。针对深部综采工作面爆破处理厚顶板问题,在考虑煤岩本构关系基础上,建立爆破弱化顶板力学分析模型,并采用LS-DYNA有限元程序、ALE(流固耦合)算法及3DEC离散单元法,计算深部岩体爆破裂纹扩展影响半径,确定顶板爆破位置和断顶卸压高度,为爆破减灾方案提供依据。研究结果表明:爆破卸压作用力学行为表现为消除应力集中区和支座B力矩MB;覆岩爆破主裂纹扩展最大影响半径2.60 m,有效应力波最大影响半径5.65 m,确定双炮孔距10 m,主裂纹扩展主方向为沿径向扩展,次裂纹扩展方向具有随机性;通过实施21102工作面顶板深孔爆破方案后,统计分析支架工作阻力并验证了爆破诱导顶板断裂效果显著。     

改善支撑式液压支架控制破碎顶板的途径

本文根据有关工作面矿压研究成果,建立了采场支护系统的顶板结构摸型。通过力学计算及分析,得出了支架总工作阻力作用点移向工作面煤壁可以改善支架对破碎顶板的控制。提出了一些改善支撑式液压支架控制破碎顶板的具体途径,通过分析得出了合理的支护参数。     

深部巷道围岩稳定的区间非概率指标分析

分析了深部岩体物理力学参数的特点,引入区间数学理论,建立了深部工程围岩物理力学参数及其对开挖响应的区间分析模型.提出了区间模型的逐步逼近求解程序,构建了深部坑道围岩稳定的非概率指标及其分析方法.分析了某深部工程围岩的稳定性.结果表明基于区间数学的非概率方法是分析深部地下结构稳定性的合适工具,具有理论和实用价值.     

对称协同开采人工矿柱失稳的突变理论分析

根据材料力学理论,建立顶板-人工矿柱协同作用力学模型;通过分析组合结构的变形协调机制,推导人工矿柱压缩量关系式;基于突变理论,构建人工矿柱突发失稳的尖点突变模型,导出失稳的充要条件力学判据表达式。研究结果表明:人工矿柱突发失稳与刚度比k、介质均匀性系数m具有密切相关性;改变人工矿柱的力学参数和几何参数,可在一定程度上调控顶板的稳定性,这可为采空区应力环境再造和人工矿柱的科学设计提供基本力学依据。     

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.     

浅埋缓倾斜薄层金属矿长壁开采顶板响应及力学分析

为研究长壁开采工艺在浅埋缓倾斜薄层金属矿开采过程中的适用性,以某金属矿赋存环境为背景,基于室内相似配比试验结果制备大尺寸地质力学模型,开展长壁回采工艺下浅埋采场相似物理模型试验。试验结果表明:顶板初次断裂步距为32 m,回采前24 m采场顶板较稳定;24~32 m回采过程中,每次回采沉降值以4倍左右速率增大;采场顶板长度接近初次断裂步距时,回采中顶板沉降量增大,且回采结束后顶板沉降响应明显。引入简支梁力学分析模型,基于弹性力学理论分析顶板采动响应特征规律,结合岩梁参数,简支梁弹性力学得到的顶板初次断裂步距为36.2 m,相似模型试验与力学分析结果较吻合。     

卡洼掌煤矿煤岩力学特性实验分析

为了掌握青海宁缠矿区卡洼掌井田煤岩力学特性,在现场煤、岩采样的基础上,通过力学实验得出了煤、岩力学特性参数,为解决该矿坚硬顶板处理问题提供科学数据。     

高地应力作用下巷道围岩蠕变的ANSYS仿真计算

为了研究高地应力作用下巷道围岩的蠕变规律,利用ANSYS强大的非线性蠕变计算功能,对深部围岩巷道进行模拟,建立几何模型以及蠕变模型,并利用实验测得的岩石力学参数,通过ANSYS软件计算,一方面验证非线性流变理论,另一方面找出深部蠕变的一些规律,与试验结果进行比较分析。结果表明:用ANSYS进行土力学、基础工程学和岩体力学领域的计算、分析,精度非常高,对于实际深部开采有一定的指导意义。     

顶板事故的力学机理

本文以煤矿生产实践中发生的顶板事故为依据,建立了完整顶板和断裂顶板的力学模型,从理论上说明了支架与顶板之间的力学关系,分析了几种顶板事故产生的力学原因。     

脆性岩石三轴卸荷实验研究

根据煤矿现场复杂高应力脆性围岩巷道顶板变形、破坏实际，对其岩石试样进行了卸荷破坏三轴实验，研究深部复杂高应力脆性破坏围岩的变形、破坏机理及其力学特性。实验研究结果表明，在深部复杂高应力环境下，中等稳定脆性围岩巷道顶板破坏属于卸荷不平衡力引起的变形破坏，必须采用围岩一支护体之间的刚度、强度、变形相互耦合支护技术，才能有效防止巷道顶板发生剪切、错动或断裂破坏。     

穿层锚杆作用效果的DDM数值建模及分析

根据穿层岩石锚杆作用特点,通过建立以层面粘结力C、内摩察角Φ等效表述的数值模型,将位移不连续方法（DDM）应用于深部硐室层状岩石顶板锚杆支护效果的分析,探讨了不同锚固条件下硐室顶板的铅垂位移特征;通过DDM计算结果与传统梁理论所得结果的比较及顶板围岩应力分布特征的分析,指出了利用梁理论进行锚杆支护设计的不合理性,结果表明,合理的地下层状岩石锚杆支护参数设计应在考虑锚杆与围岩的共同作用条件下计算。     

“反弹”的机理、影响因素及其应用

本文在建立切合实际的模型基础上,通过数学力学分析,阐明了顶板来压前夕可能引起的“反弹”的本质及其产生的力学机理,并分析了影响反弹的主要因素,及其应用在现场来预测顶板运动的意义。     

采空区群蠕变突变三维力学模型构建及稳定性精确预测

针对双向分层条式充填采矿法空区群特点,系统地构建顶板和矿柱为一体的三维空间力学模型,引入弹性力学和结构力学相关理论,推导出3种边界条件下顶板中心下沉挠度的曲线方程。综合运用突变和蠕变理论,从能量转化角度阐明采空区群突变机理,建立采空区群系统突变失稳计算流程,导出采空区群顶板蠕变微分方程,实现对采空区群突变失稳规律和稳定时限的精确预测,通过实例计算和数值模拟分析,验证其有效性。此外,全面分析影响采空区群稳定性的主控因子,并得出影响因子的影响程度。通过调节影响因子参数,可预测控制采空区群稳定性,选择最佳充填时机,优化采场结构参数。研究结果表明:采空区群系统稳定性与矿柱支撑面积率、矿柱峰值抗压强度、矿柱弹性模量呈正相关,与顶板均布荷载呈负相关;当顶板-矿柱系统处在固支模式时,采场参数对系统稳定性影响最显著;当采场参数足够大时,固支模型和简支模型对系统稳定性影响差距不明显。     

首采工作面矿压显现观测设计方案研究

基于山西大峪煤矿103综采工作面矿压观测任务,综合采用监测预测、数值模拟和实验室检测3种方法,通过布置支架在线阻力监测系统,分析支撑力分布情况;建立顶板上覆岩层数值模型,模拟工作面各岩层的移动及破坏情况;进行煤岩物理力学试验,为顶板分类提供计算依据。通过上述手段探索该矿首采工作面矿压显现规律,为合理选择采煤参数、支护方式和顶板管理方法提供依据。     

锚杆长度对预应力锚杆加固软岩巷道效果的影响

通过对预应力锚杆加固软岩巷道时加固参数锚杆长度变化的模拟得到其对锚固效果的影响曲线,对比了不同影响参数的影响曲线图,并根据曲线确定了影响参数和径向位移之间的函数式;进而对变形最小时的影响参数给出分析评价、对比了参数对锚杆加固软岩巷道和加固基坑的影响效果。     

东海煤矿深部回采工作面矿压规律

为了得到深部回采工作面的矿压显现规律,采用相似模拟、理论分析、数值模拟与现场观测相结合的方法,对东海煤矿32#煤层左九工作面顶板活动规律,上覆岩层移动、破坏规律以及支承压力的分布规律进行了理论分析与实践研究,得出了该工作面顶板活动的各项参数和上覆岩层移动、破坏的范围以及支承压力的分布变化规律。研究表明,深部开采工作面随着采深增加,支承压力有所增加,支柱载荷也增大,但顶板活动规律、上覆岩层移动规律与浅部开采相比变化不明显。该结论为龙煤集团同类矿井进入深部开采阶段采场围岩控制设计提供了参考依据,对其他同类矿井具有很好的借鉴作用。