大跨度矩形巷道围岩失稳破坏机制及数值模拟

巷道围岩的失稳破坏是资源开采阶段面临的重要问题。首先,对巷道围岩失稳机制进行了理论分析,探究巷道稳定性的主要因素,并基于ANSYS/LS-DYNA仿真平台对不同跨度巷道（4 、6 、8 、10 m）进行动静荷载耦合响应数值模拟分析。结果表明：当巷道埋深、底板梁厚度等因素一定时,巷道跨度是影响巷道围岩失稳的主要因素。巷道围岩在初始静应力场作用时,第一主应力随着跨度的增加呈现逐渐增大的趋势;跨度的增加（10 m）会使巷道围岩x和y方向的应力发生突增现象,均在巷道底板处有相对较大的拉应力。巷道跨度的增大,导致左右两帮的移近量有所增加;顶板下沉和底板隆起的程度显著增加,加剧巷道失稳破坏风险。在静动荷载耦合作用下,巷道围岩发生失稳破坏,破坏程度随跨度的增加而增加。     

大尺度采空区围岩断裂失稳信号数据挖掘及破坏预测分析

随着监测技术数字化和信息化程度逐步提高，获得的大尺度采空区围岩损伤演化过程，以及包括各种数据格式的图形、矢量等信息量呈数量级增加．将小波变换、固体断裂非平衡统计和神经网络理论用于对非线性采空区围岩断裂失稳信号进行数据挖掘以及综合分析，有利于正确认识和理解采空区围岩体损伤演化的全过程．     

巷道围岩卸荷破坏裂隙发展模型试验研究

为了深入研究巷道围岩卸荷破坏裂隙发展规律,针对试验考察巷道突然开挖卸荷后周边围岩裂纹的扩展状况,自行设计巷道卸荷试验装置和试验方法,采用有机玻璃板模拟围岩,中心挖去缺口部分代表巷道,遵循试验模拟的相似模型准则来设计试验,并采用高速摄影方法对模型裂缝的发展进行拍摄.试验结果表明:围岩中的弱面不但是加载过程中最容易破坏的位置,也是卸荷破坏过程中强度最薄弱的位置;裂纹的扩展方向与主要卸荷方向垂直,属于拉伸破坏类型;卸荷后在巷道的角部产生了拉应力集中.     

泥化弱胶结软岩巷道底板变形破坏机理分析

煤矿软岩巷道极易发生变形破坏,底臌量大是其重要的特征.以新上海一号煤矿副井绕道巷道为工程背景,研究了泥化弱胶结软岩巷道底板的变形破坏机理.从现场选取岩样进行室内实验,研究发现围岩具有强度低、胶结程度差、遇水泥化软化、吸水膨胀等特殊的物理力学性质;结合现场监测数据和数值模拟结果,巷道底板变形速度快、持续时间长、总变形量大且不收敛,是以流变和膨胀为主的非线性大变形;底板破坏与变形增加的趋势一致,塑性区发展速度前期快,后期慢,但范围不断扩大;通过机理分析,巷道底板的变形破坏是在水和构造应力耦合作用下的恶性循环的结果,底臌为流动膨胀复合型,治理的关键是治水和加强支护.以上述理论为指导,对巷道支护方案进行了优化,监测数据显示底板变形破坏得到了有效控制.     

王洼矿区软岩回采巷道破坏机理分析

在现场调查的基础上,对巷道的表面变形和深部围岩变形规律进行了监测,分析了王洼矿区软岩回采巷道围岩变形与破坏机理。监测表明:煤层开采深度较大,围岩变形情况复杂,因现有的锚网支护条件下围岩不能保持平衡,难进入稳定状态,满足不了该条件下的围岩变形,采用锚棚联合支护后最终进入稳定。原支护主要是没有考虑到软岩全煤巷道裂隙发育,锚固长度对锚固支护的有效性差的特点,采用锚棚联合支护或加长锚固能够有效控制巷道的变形和破坏。     

浅析大断面回采巷道围岩破坏机理及控制

回采巷道的稳定对煤矿正常生产起关键作用。通过分析大断面回采巷道围岩的变形破坏机理,分别得到了回采巷道顶板、两帮和底板的有效控制措施,此项工作对回采巷道的维护具有重要意义。     

芦岭矿软岩巷道底板失稳原因分析及控制技术

基于理论分析及FLAC3D数值模拟的方法,结合淮北矿区芦岭矿深部软岩巷道工程实践,对深井动压软岩巷道底板失稳原因进行了分析,得出底鼓变形主要是由底板水平应力增大与集中造成的结论。针对工程实际,提出了分区域强化控制技术:在围岩相对稳定区域,采取"注浆+锚网喷+中空注浆锚索+高强锚杆+反底拱"的支护方案;在围岩稳定性较差的区域,采取"切缝+全封闭U型棚配合底拱锁底锚杆+滞后注锚、索"的支护方案。该支护技术成功应用于西轨大巷底板控制,取得良好的社会、经济效益。     

急倾斜重复采动软岩巷道失稳破坏分析

基于赵家坝煤矿3964巷道围岩稳定性控制,采用地质雷达现场探测和理论分析结合的手段确定了巷道围岩的松动圈范围,并对多次重复采动条件下急倾斜煤层软岩巷道围岩失稳破坏机理进行分析。结果表明:复杂的地质力学环境、重复采动影响和支护方式及参数不合理是造成巷道呈"底板隆起,顶板下挫"相互错动的非对称性变形破坏的主要原因。在此基础上,提出了以高强高预应力扭矩应力锚杆、高强度让压均压锚索为基础的非对称性多介质结构耦合支护对策,并在生产实践中取得了良好的技术经济效益。     

巷道围岩锚固结构面剪切特性与破坏特征研究

为研究锚固巷道围岩结构面的剪切特性与破坏特征,采用FLAC^3D软件建立粗糙锚固结构面数值模型开展剪切试验,对锚固系统的剪切特性以及受力变形和破坏特征进行了系统研究。结果表明：锚杆能够有效提高结构面的抗剪能力,锚固系统的剪切应力在峰值位移处提升了0.33 MPa,在剪切结束时提升了0.93 MPa。锚杆所受剪切应力集中在结构面附近,锚杆所受的轴力在结构面两侧呈两组对称分布的压应力区和拉应力区。锚杆在结构面处的剪切应变较大,拉应变次之。锚固剂-围岩界面和锚杆-锚固剂界面的剪切应力在结构面处最大,锚杆-锚固剂界面所受剪切应力和受力范围更大。塑性破坏主要产生在锚杆与结构面相交处和结构面凸起处,锚固剂多是发生拉伸破坏,围岩则多是发生剪切破坏。锚杆-锚固剂界面更容易发生脱离,导致锚固系统失效。     

边坡渐进失稳破坏的概率分析

边坡失稳并不一定是连续性破坏,而可能存在先在一局部处达到极限状态,然后向其它部位扩展的渐进失稳破坏。运用概率分析的方法求解局部失稳概率,论证了渐进失稳概率分析的可能性,最后提出了治理边坡渐进失稳的措施。     

顾桥矿深部巷道围岩变形破坏特征及稳定性控制技术

基于顾桥矿深部巷道围岩变形量大、岩移速度快、破裂形态不规则的特点,采用数值模拟和理论分析的方法研究了深部围岩变形破坏的力学机理,得到了围岩塑性区的分布范围和扩展空间,揭示了围岩位移场的变形特征和围岩应力随机产生、连续变化、实时调整及动态发展的演化规律,相应提出了巷道稳定性控制的技术措施,即巷道断面全封闭支护技术、"三锚"组合强化支护技术和锚梁网索耦合让压联合支护技术。通过顾桥矿1114(3)工作面巷道支护的工程实践,有效控制了围岩变形,取得了良好的支护效果。     

老顶边界条件下采场矿压显现规律及直接顶破坏模式

运用数值计算方法，分析了老顶在断裂前后及不同来压步距时对采场围岩的位移及应力状态的影响。为揭示采场顶板的稳定性提供了依据。     

回采巷道围岩结构特征及变形破坏规律研究

通过对西山、汾西，霍州等矿区９个煤矿２１个煤层的调查统计，将回采恭延顶板按岩层结构分为多层薄层顶板，复合顶板、厚层整体顶板和厚煤层顶板４种类型，并对典型围岩结构进行了相似材料模拟试验。     

预防综放面坚硬顶板超前剪切破坏方法

综放面开采过程中,坚硬顶板超前剪切破坏,会造成工作面台阶下沉,甚至工作面整体垮落.通过矿压观测,判断顶板来压方式,采取强制放顶,防止顶板剪切破坏.     

采空区顶板塌陷破坏的力学分析

为了获得精细化的采空区顶板塌陷机理,从而更好地指导实际工程设计,本文基于温克尔假设,把坚硬顶板视为弹性板,利用板壳力学理论对顶板—煤柱相互作用系统中的顶板进行力学分析,获得了顶板塌陷破坏机理。在分析过程中,利用机动法对温克尔地基板(弹簧支撑板)进行了塑性极限分析,得出了煤柱抗压强度的临界值。最后以马脊梁矿为工程实例进行分析,结果表明理论分析结果与工程实际情况吻合很好。     

基于神经网络模型的采场巷道收敛预测研究

根据余化寺矿的生产实际情况，分析影响巷道围岩收敛的主要因素，利用神经网络的非线性、学习和记忆等功能，建立了针对采场巷道收敛的神经网络预测模型、通过对采场巷道围岩收敛的现场监测，采用训练样本训练网络模型，并用检验样本对模型进行检验，预测模型性能好，预测精度高。     

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。     

断面形状对巷道围岩稳定性影响的数值模拟分析

利用数值计算方法,研究了断面形状对巷道围岩稳定性的影响。结果表明:断面形状对巷道围岩的稳定性有较大影响。圆弧拱巷道围岩稳定性要远大于矩形巷道。采用矢跨比为0.2的圆弧拱巷道代替矩形巷道,可显著改善巷道围岩应力状况,减小巷道围岩变形量,减少围岩塑性屈服区域,加强巷道围岩的稳定性。     

锚杆支护巷道顶板稳定性潜力分析及应用

基于巷道支护中锚杆与顶板的复合作用和损伤机制分析，对锚固顶板稳定性潜力进行研究，实现了对加锚巷道顶板稳定性的定量描述。利用锚固潜力分析与数值模拟对具体巷道稳定性进行了评价，结果与实际吻合较好，该方法对类似巷道稳定性评价与巷道锚杆支护定量设计具有一定的参考价值。     

基于松动圈理论的充填体下巷道顶板安全厚度和支护方式

 为安全高效回采冬瓜山铜矿盘区隔离矿柱,在充分利用矿山已有巷道工程的前提下,仍需在盘区采场充填体下开挖新的出矿巷道.基于松动圈理论,利用单孔声波检测仪测量巷道围岩松动圈范围,为确定充填体下开挖巷道的顶板安全厚度、选择巷道支护方式提供依据.现场测试表明,冬瓜山铜矿-760和-790m巷道的围岩松动圈为0.8~1.3m.根据圣维南局部效应原理,结合工程技术人员的实际经验,最终确定采场充填体下新开挖出矿巷道的顶板安全厚度为4m.此外,通过松动圈测定和工程借鉴,确定新开挖巷道支护采用喷锚支护,局部破碎地方采用喷锚网联合支护,经理论计算和现场实测,总结出新开挖出矿巷道顶板锚杆长度选取2.2m、锚杆网度选取1.0m×1.0m时,能够安全经济地控制巷道松动圈.