喷锚支护在大断面硐室工程中的应用

介绍了回坡底矿井下配电硐室工程地质概况,详细阐述了硐室开挖及支护的过程,并对施工效果进行了分析.     

离散裂隙网络模拟在地下硐室稳定性中的应用——以甘肃北山地下实验室为例

以甘肃北山地下实验室为研究对象,开展了离散裂隙网络-离散元（DFN-DEM）耦合方法在花岗岩地下硐室围岩稳定性分析方面的探索研究。选取地下实验室工程勘察范围内代表性勘察钻孔和地表露头裂隙数据进行统计分析,利用三维离散单元软件3DEC构建离散裂隙网络（DFN）和等效岩体模型,模拟分析了地下实验室-560 m水平试验巷道的硐室的稳定性。结果表明：硐室开挖引起硐室围岩应力重分布,裂隙与硐室开挖面相交部位发生应力集中现象,硐室围岩出现位移变形;在现有条件下,硐室围岩变形量较小,应力集中程度不高,地下硐室稳定性较好。     

锚杆注浆联合支护大断面煤仓硐室围岩变形分析

以土朱矿井煤仓硐室为例,运用损伤力学分析了巷道开挖效应;利用FLAC4.0数值模拟软件计算分析了大断面硐室围岩的稳定性,并建立了无支护和锚杆注浆联合支护两种模拟方案,两种方案模拟结果的对比显示锚注联合支护形式能够有效地加固围岩和控制围岩变形;通过工程类比法和FLAC数值模拟相结合对大断面硐室锚杆注浆联合支护方案进行了设计,确定了锚注联合支护参数,通过后期的现场观测,说明了锚杆注浆联合支护在大断面煤仓硐室支护中效果良好,能够保证硐室围岩的长期安全稳定.     

深井软岩硐室群支护技术研究

为解决新河煤矿-980m水平硐室群在掘进及支护过程中的大变形问题，首先通过理论分析，研究了相邻硐室不同开挖顺序对围岩破坏的影响；其次运用FLAC^3D数值模拟软件对相邻硐室群的不同开挖顺序进行模拟，计算得到围岩塑性区最小破坏体积V_P,并得出最优施工方案，在上述研究基础上对已开挖硐室群进行支护设计，提出泵房主体及壁龛前期采用锚网、注浆锚索、喷浆，后期采用钢筋混凝土砌碹的联合支护方式，并对实施该支护方案的硐室群进行支护前后的数值模拟计算，计算结果表明，水泵房主体硐室顶板最大下沉量由927mm下降至30mm,底臌量由1 036mm下降至6mm,主体泵房左帮移近量由1 010mm下降至10.9mm,壁龛掌面移近量由700mm下降至9.9mm,围岩变形得到有效控制.顶底板位移现场监测结果表明，监测断面两帮最大移近量为8mm,顶底板最大移近量为15mm,巷道支护效果良好，能有效控制围岩变形.     

注浆加固在破碎区开挖大硐室中的应用

注浆加固与锚杆支护技术相结合，可以提高围岩承载能力，减少巷道变形。确保大硐室开挖中的支护安全、有效。介绍了注浆加固在破碎区开挖大硐室中的应用及取得的效果。     

地下大跨度破碎站硐室稳定性可靠度分析

根据叠加压缩拱承载结构和围岩耦合的力学特点,基于极限平衡理论建立了高应力矿区大跨度硐室工程的可靠度分析模型,利用FOSM法确定了高应力大跨度硐室的可靠度指标。通过对金川矿区破碎站硐室施工特点、地质调查和岩石力学3方面变异参数的均值及方差的计算,得到适合该矿区的可靠度指标计算式,并对金川Ⅲ矿区破碎站硐室的可靠度指标计算,其最小值为1.137。假设影响破碎站硐室稳定性的随机变量服从正态分布,则可靠度指标和失效概率存在确定的关系。根据标准正态分布函数关系式可以计算得到硐室结构的失稳风险概率小于5.87%,即该硐室稳定性可靠度大于94.13%满足硐室稳定性要求。     

基于四阶段模型的深埋硐室围岩分区受力分析

为研究硐室开挖过程中选择支护时机的力学机理,首先,建立圆形硐室分区受力模型,基于Mohr-Coulomb屈服准则,考虑围岩扩容、软化等岩体特性以及“空间效应”,推导出开挖过程中硐室围岩弹塑性解;然后,选择锚杆、衬砌支护时机,考虑锚杆与围岩的耦合作用和初衬混凝土的时效特性,得到支护条件下围岩的弹塑性解;最后,结合算例分析了“空间效应”、支护时机等因素对硐室围岩塑性区应力、位移 和范围的影响。基于理论研究的算例分析,揭示了考虑“空间效应”和支护时机时硐室各分区范围的变化规律;锚杆间排距对围岩位移的控制主要体现在残余区;硬化区扩容系数、开挖过程中的“空间效应”和支护时机对控制围岩位移的作用不容忽视。该文成果为深埋软岩硐室开挖与支护设计提供一定的理论依据。     

煤矿冲击性灾害类型实验研究

为了充分了解煤矿冲击性灾害的发生机理,探讨了硐室开挖前后应力分布及其变化规律.结合原始地应力数据,通过室内岩石力学模拟实验,获得了不同岩性特征及受力状态下,岩石破坏的不同表现模式.根据硐室围岩破裂源的空间位置,将冲击灾害划分为岩爆、冲击地压和矿震三大类.分析了三类冲击灾害的发生机理、孕育过程及宏观特征.     

基于矿山特大断面复杂硐室掘进与支护技术研究

为了有效解决工程地质与水文地质情况不明确、关联巷道复杂且结构形式多样、施工变形控制要求高等情况下矿山特大复杂硐室的施工问题,结合酒钢西沟矿扩能改造项目破碎硐室施工的成功经验,提出导硐掘进法及锚杆、钢筋网、喷射混凝土联合支护方法,有效地控制了特大断面复杂硐室的施工风险,满足了项目安全、进度和质量管理要求,对同类型工程施工具有一定借鉴意义。     

原岩应力对大型硐室位置选择的影响

地下工程开挖以前，必须了解原岩应力，为岩体工程设计提供科学的理论依据，选择正确的硐室位置，以最大限度地提高成形硐室的稳定性，对工程设计具有十分重要的意义。     

浅析硐室施工中导硐台阶联合法的应用

常规的井下硐室施工方法一般有全断面施工法、台阶施工法和导硐施工法三种,但在大断面硐室施工时均有局限性,而上中心导硐法结合正台阶法既可提高施工安全性,又可保证施工速度。本文通过上中心导硐法结合正台阶法施工工艺的介绍来说明此方法的优势及适用前景。     

小净距隧道设计荷载的确定

为了提高小净距隧道的设计理论水平,分析了小净距隧道的受力情况.塌落拱的高度一般在3～4 m(隧道宽度15 m),小净距隧道中夹岩墙宽度只有5～7 m,在施工过程中,2个隧道的松动圈会出现重叠,使中夹岩墙产生较大的垂直向下位移,从而增加了塌落拱的跨度,中夹岩墙上部的应力相应增加.基于双塌落拱理论,认为小净距隧道松动压力的计算值应在单个隧道宽度与整个隧道开挖宽度相应的松动压力之间取值,根据中夹岩壁下沉的大小,在双塌落拱压力上乘以0.5～0.8的系数,来确定小净距隧道的荷载,建立了深、浅埋小净距隧道荷载模式.将该方法确定荷载与福州国际机场高速公路鹤上隧道(小净距)的监测数值进行对比,两者有较好的吻合.     

一种裂隙岩体力学参数的评价方法及应用

针对裂隙岩体的力学参数选取问题，提出了一种两阶段评价方法.通过裂隙岩体力学参数的三维空间分布情况，评价其各向同性与各向异性状态，对两类情况采用不同的计算模型处理；采用Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验法对力学参数的概率分布模型进行假设检验，对检验合格的试验数据分布进行置信区间选取，在给定的置信区间内获取计算参数.在某地下硐室工程中运用该方法进行了开挖模拟计算，计算位移与实测位移吻合较好.     

地下矿山避灾硐室压风系统设计研究

研究如何设计进入避灾硐室的供风管道以及回风管道的参数,对于如何利用压风系统对避灾硐室进行供氧,而又能保证避灾硐室内人员的安全性具有重要的意义.研究首先根据避灾硐室所需风量确定了避灾硐室压风管道的管径;其次,通过对人体最大承受能力的分析,确定了避灾硐室内最大的超压;然后,利用流体力学相关理论分析了合适的排风管径;最后,通过计算避灾硐室内的绝对压力核对是否能保证人员的安全性.研究结果可为避灾硐室的设计提供依据.     

深埋地下硐室破坏模式与围岩压力上限解

为了获得更合理的深埋地下硐室破坏模式和更精确的深埋地下硐室围岩压力,在分析研究已有深埋硐室破坏模式的基础上,构建"楔形塌落体+转动圆弧体"的深埋硐室破坏模式。运用非线性Mohr-Coulomb破坏准则(即M-C破坏准则)下的极限分析解析法,推导得到"楔形塌落体+转动圆弧体"破坏模式的围岩压力表达式。通过数值模拟、理论验证和工程实践对比,证明改进后硐室破坏模式的合理性和采用极限分析非线性理论计算围岩压力的可靠性。根据该硐室破坏模式,研究各参数对围岩压力的影响。研究结果表明:围岩压力随着非线性系数的增大而增大,随着侧压系数和内摩擦角的增大而逐渐减小;非线性系数和侧压系数对围岩压力的影响明显大于内摩擦角对围岩压力的影响;通过减小非线性系数、增大侧压系数和选择内摩擦角较大的围岩进行开挖可有效提高围岩稳定性。     

矿井避难硐室压风供风量及其载人实验

通过模型计算确定了避难硐室CO2生成速率、耗氧率与压风供风量的关系,结合相关研究确定了影响压风供风量的关键因素和因素控制水平.根据密闭空间CO2平衡方程、O2平衡方程、CO2稀释方程、通风降温方程,并结合相关规范确定了密闭空间理论人均供风量,通过100人载人试验确定了避难硐室的最小供风量.结果表明:避难硐室供气量与人数有关,与硐室体积无关,确定以CO2时间加权阈限值0.5%为避难硐室控制水平,100人避难硐室最小供风量不小于600 m3/h.     

裂隙岩体硐室抗爆稳定性影响参数

为研究裂隙岩体硐室抗爆稳定性的影响因素,采用Froude相似理论开展不同隙跨比硐室的抗爆模型试验,分析不同工况下围岩压力、洞壁位移及应变的变化规律,通过数值模拟对试验结果进行验证,进一步探究节理范围、倾角以及爆点位置对硐室抗爆稳定性的影响.研究结果表明:隙跨比对硐室抗爆稳定性的影响较大,其中,隙跨比大的硐室未出现明显损伤,整体稳定性较好,隙跨比小的硐室的破坏现象较为严重;数值模拟与模型试验的结果较为一致,证明研究方法的合理性和可行性;侧邦及底板处节理范围的改变对硐室抗爆稳定性的影响较小,拱部节理倾角的增加可提高硐室的抗爆稳定性;在结构面倾向边爆炸时,模型硐室的破坏最为严重.所得结果可为地下工程选址以及支护提供一定的参考.     

不同卸荷路径下的页岩蠕变特性试验研究

地下硐室围岩流变现象显著,对硐室开挖与运营造成巨大威胁。以某深埋矿井巷道页岩为例,参照地下硐室实际开挖情况设计轴压与围压等比卸荷应力路径,同时开展恒轴压卸围压、等比卸荷两种应力路径下的蠕变试验,研究页岩在不同卸荷路径下的蠕变力学特性。试验发现：(1)页岩在两种卸荷路径下的蠕变特性十分明显,轴向应变量值始终高于侧向应变;(2)岩石在破坏应力水平下的轴向应变增长程度小于侧向应变,岩石的侧向扩容较为明显;(3)等比卸荷和恒轴压卸围压条件下的岩石长期强度分别为47.69MPa和62.85MPa,等比卸荷应力条件下岩石更易屈服破坏。研究成果可为地下硐室长期稳定性研究提供一定参考。     

煤矿井下避难硐室的选址及其关键技术

针对安全避险"六大系统"中,避难硐室选址的问题,从瓦斯爆炸事故的分析、避难硐室选址的地质因素、避难硐室选址与人员分布和人员疏散检验4个方面来研究避难硐室选址中的关键技术.结果表明:避难硐室选址应该避开压力峰值区域;避难硐室至工作面的距离要大于冲击波破坏造成的人员死亡边界;根据疏散时间检验,避难硐室距离工作面以1 000 m为宜;避难硐室两端入口要布置在进风巷道中,以采区布置为主,井底车场附近可不设置避难硐室.     

锚杆注浆联合支护大断面煤仓硐室围岩稳定性研究

以土朱矿井煤仓硐室为例,运用松动圈理论和组合拱理论分别计算了硐室围岩稳定性系数,2种理论计算得到硐室围岩稳定性系数均大于1.1,证明了锚杆注浆联合支护设计参数符合硐室围岩安全稳定的要求.运用FLAC4.0数值模拟软件计算分析了大断面硐室围岩的稳定性,建立了无支护、锚杆支护、锚杆注浆联合支护3种模拟方案,分别分析了3种方案时硐室围岩的变形情况,模拟结果显示锚杆注浆联合支护的巷道顶底板和两帮收敛量都较小,底鼓量也较小,能保证该巷道围岩的长期稳定.最后运用工程类比法确定采用锚杆注浆联合支护方案,并通过后期现场观测,证明锚杆注浆联合支护效果良好,能够保证硐室围岩的长期安全稳定.图4,参7.