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。     

金川矿山深部巷道围岩松动圈厚度测试与分析

为了分析金川深部巷道底臌形成过程以及支护对巷道稳定性的影响,运用声波单孔探测法,使用水做耦合剂,对巷道围岩松动圈进行测试。根据测出的深度-孔深曲线和各测孔漏水情况得出3个断面松动圈厚度以及围岩破碎程度。研究结果表明:初次支护设计对围岩松动圈有重要影响,巷道开挖支护一段时间后,松动圈厚度趋于稳定,返修后巷道围岩松动圈厚度不会有很大变化。巷道顶板和底角的围岩松动圈比两帮的厚,特别是底角处的松动圈较厚,在巷道两帮传递的集中应力的作用下,易发生破碎与移动,对于巷道围岩稳定性也有较大的影响。因此,使用锚索或者长度大于2.5 m的锚杆支护顶底角,对于延长巷道使用期限、减少返修周期具有重要意义。     

深部巷道围岩松动圈厚度测试及支护体变形机制分析

基于声波测试技术对金川二矿区深部巷道围岩松动圈进行了现场测试,通过对测试结果进行的分析和研究,得到了金川深部巷道围岩松动圈厚度的基本特征.借助FLAC3D数值分析程序建立了随机裂隙网络模型,分析了金川深部矿区巷道围岩塑性区发展规律.结合现场围岩变形收敛规律及支护体变形特征,基于喷锚网支护体与巷道围岩相互作用的力学机理,研究分析了金川深部巷道双层喷锚网支护结构的变形机制.     

深部倾斜岩层巷道变形特征模拟与控制技术

对深部倾斜岩层巷道存在的变形不对称和采用对称支护方式不能有效控制围岩变形的问题,在巷道围岩受力分析的基础上,结合曲江煤矿工程实践运用离散有限元模拟软件UDEC建立深部倾斜岩层巷道受力模型,对模型进行掘巷后不支护和采用传统方式支护的数值模拟.根据现场变形和模拟结果,提出采用非对称强化支护结合全断面锚索支护扩大围岩应力承载圈来保证巷道稳定,并对改进后支护方案进行数值模拟,数值模拟和现场工程实践均表明改进后支护方案能够有效地减小巷道围岩变形.     

复杂破碎围岩状态下大断面巷道稳定性综合分析

复杂破碎围岩状态下大断面巷道开挖后,巷道围岩出现应力集中。受开采扰动的影响,岩体强度大大降低,围岩呈现不稳定变形破坏,如冒顶、片帮等,给煤矿安全生产带来极大威胁。依据我国西部强震区复杂围岩环境下某煤矿大断面巷道顶板离层、巷帮压力等监测数据,结合钻孔窥视,围岩松动圈监测系统,对该区顶板离层、巷帮压力变化规律进行了声-光-电多元指标参数综合研究,较全面的对复杂破碎围岩状态下大断面巷道的稳定性进行综合分析。     

赵各庄矿深部回采巷道围岩变形规律的数值模拟研究

针对深部回采巷道的围岩变形规律而采取针对性的治理措施,改善巷道的支护与维修现状,利用连续介质显式有限差分计算机软件FLAC3D对综采放顶煤工作面的回采巷道围岩变形规律进行了数值模拟研究,并根据其数值模拟结果采取了超前加固支护,有效地控制了深部软岩巷道支架变形,降低了巷道的维修量,对深部矿井开采有一定指导作用。     

断层破碎带软岩巷道支护技术

为软岩巷道过断层破碎带支护技术研究提供有效技术支撑,采用理论分析、岩石三轴压缩试验、围岩表面变形监测和MIDAS/GTS数值模拟,分析断层破碎带对巷道表面变形的影响.以红庆梁煤矿回3-1煤辅运大巷1088 m处断层破碎带为工程背景,提出将原矩形断面更改为直墙半圆拱形断面和锚网索喷+"U"型钢支架的联合支护方法.研究结果表明:选择断层核心区域的1个观测断面进行围岩表面变形观测,并与数值模拟结果进行对比分析,数值模拟结果与现场实际监测数据基本一致.施工至断层破碎带20 m范围内配合注浆对围岩进行加固,确保安全通过断层破碎带.     

深井大断面软岩硐室高强稳定型支护技术研究

根据桃园矿深部开采的地质条件,针对深部大断面软岩硐室,深入开展巷道围岩稳定性研究,掌握深部开采巷道实际的变形破坏特征,分析深井大断面软岩硐室支护破坏原因;然后采用理论分析、数值模拟方法,提出新型高强稳定型支护理论与技术,此技术采用带梁锚索对高强锚网支护体进行结构补偿,以提高支护承载结构结构稳定性,成功应用于桃园煤矿深井大断面硐室支护实践。     

公路隧道围岩松动圈的测定研究

为了研究公路隧道围岩松动圈的分布范围,以西施坡隧道地质资料和施工方案为基础,运用弹塑性理论计算和FLAC3D数值模拟相结合的方法分析公路隧道围岩松动圈的分布范围,并与围岩深部位移量测结果比对,得出西施坡隧道IV级围岩松动圈范围在2.0~3.0 m。分析结果表明,运用弹塑性理论计算、数值模拟分析、围岩内部位移量测相结合的方法可较为准确的测定圆形断面隧道围岩松动圈分布规律,并为公路隧道支护参数的选取提供较好的理论依据。     

羊场湾煤矿大断面巷道支护参数分析与选择

大断面巷道受赋存环境、开采扰动及人工支护的耦合影响,其稳定与否直接决定矿井的安全生产。以破碎围岩环境下羊场湾矿大断面巷道为背景,采用理论分析、FLAC3D数值模拟和锚杆测力计、压力表等现场监测方法,综合分析了锚杆受力和巷道变形情况,并定量确定了巷道的支护参数。实践表明:顶板和两帮锚杆(索)采用850mm×850mm,850mm×900mm的支护能够满足矿井安全开采的需要。     

深部大倾角大断面软岩巷道快速掘进

复杂破碎围岩状态下大断面巷道开挖后,巷道围岩出现应力集中。受开采扰动的影响,岩体强度大大降低,围岩呈现不稳定变形破坏,如冒顶、片帮等,给煤矿安全生产带来极大威胁,深部大倾角大断面软岩巷道快速炮掘支护技术,解决了深部巷道过破碎带一些技术难题,实现了深部巷道安全优质高效掘进,合理科学的施工技术方案的实施,使巷道施工单进、工效提高到一个新水平,巷道掘进速度比原来提高了一倍,解决了矿井持续性生产的现实问题。     

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。     

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。     

底鼓对深部软岩变形的影响及控制对策

深部巷道支护成为目前制约煤矿深部开采的重要因素之一,进行众多复杂的措施来多次维护深部巷道流变围岩虽已取得一定效果,但有效控制深部破碎、软弱、流变围岩大变形仍非常困难。通过分析导致变形、破坏、失稳的各种原因,提出对于破碎难维护围岩,在加强帮顶控制的同时,应对底板采取加固处理。研究结果表明将顶、底、帮围岩作为整体进行治理,完全能够实现控制围岩大变形的目的。     

沿空掘巷锚网梁索联合支护技术

本文结合沿空掘巷支护特点,通过数值模拟分析确定了山脚树矿21128回风巷合理煤柱的留设宽度为7 m.采用钻孔岩层结构探测技术手段对巷道围岩松动情况进行探测,确定了巷道松动圈影响范围一般在2.2 m左右,为支护方式的确定和支护参数优化提供了实际依据,提出了锚网梁索支护方案.通过FLAC3D有限差分软件分析和工程监测结果表明,巷道围岩变形在安全生产允许范围内,顶板离层较小,巷道围岩得到了有效控制.     

探地雷达在松动圈确定与巷道支护参数优化中的应用

巷道围岩松动圈的大小影响着巷道的变形及施工人员的人身安全.对煤矿而言,收集某一采区的松动圈实测值,对相似采区巷道的采掘有很好的指导意义.采用探地雷达测定王楼煤矿15121轨道顺槽围岩松动圈的大小,应用FLAC3D软件模拟验证,分析了探地雷达用于探测巷道围岩松动圈的科学性,预测了松动圈的发展,很好地应用于指导支护参数的优化.     

高应力大断面破碎围岩巷道二次强力支护支架设计

为解决深部高应力大断面破碎围岩巷道支护难的问题,分析了不同支架断面形式随侧压系数的变化巷道围岩应力和位移的变化特征,以及双层工字钢梁的高度对承载受力大小影响特征.开发了适用于高应力大断面破碎围岩巷道拱形叠加底拱全封闭工字钢支架,该支架采用矿用工钢上下重叠并连接成整体的全封闭马蹄形结构,支架的整体承载能力比工字钢对棚提高了2.5倍以上.井下试验结果表明,拱形叠加底拱全封闭工字钢支架二次强力支护可以有效控制巷道围岩变形.     

半煤岩巷围岩结构稳定性的数值模拟研究

针对半煤岩巷围岩结构特征研究其稳定性特点,得出了半煤岩巷不同围岩结构条件下的应力状态和变形特征,即围岩应力集中程度及其位置、巷道围岩变形的收敛规律和巷道围岩松动圈发育的结构特点。     

破碎围岩条件下开采扰动区LSMA的动力失稳

破碎围岩环境下大断面巷道开挖必然形成大尺度采空区(large scale of mined-out-area,LSMA),其围岩介质的变形与失稳行为及过程很复杂,主要涉及到开采扰动区(excavation dis-turbed zone,EDZ)范围内围岩力学性态及强度劣化特征、顶部岩层非稳态下沉与水平挤压变形耦合作用诱致动力失稳、深层围岩离层演化至局部化冒落失稳等,且其变形从微尺度演化为大尺度(寸)过程具有复杂的非线性特征,这为灾害治理带来挑战。基于现场调查,利用表面变形与深部离层规律综合监测与锚杆(索)力学性态试验及测试,结合室内物理相似模拟和数值模拟试验,深入分析复杂地质条件下松软破碎围岩局部化变形与演化失稳机理,为工程防灾和减灾提供科学依据。     

基于流固耦合的隧道断层破碎带注浆加固圈厚度分析

隧道穿越富水断层破碎带常发生突涌水及围岩变形失稳等地质灾害,帷幕注浆是治理隧道断层破碎带的有效方法,通过帷幕注浆在隧道周边形成注浆加固圈,降低围岩渗透能力,提高隧道周边围岩强度。为确定合理的注浆加固圈参数,提高注浆加固效果,基于流固耦合理论对隧道周边渗流场、应力场和位移场进行了数值模拟,分析了不同加固圈参数对隧道涌水及变形规律的影响。研究结果表明：随着注浆加固圈厚度的增加,隧道涌水量和变形量均减少,但当加固圈厚度大于一定值时,涌水量及变形量变化均趋于平缓。根据数值模拟结果得出最合理的注浆加固参数并指导工程设计,研究结果对于完善帷幕注浆理论和指导类似工程注浆设计具有一定的借鉴意义。