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。     

松软破碎带中巷道围岩注浆加固参数研究

在分析松软破碎带中巷道围岩的稳定性和支护影响因素的基础上,借助于注浆改善围岩特性并结合锚杆支护,通过现场实测、理论分析和FLAC数值模拟相结合的方法,确定了松软破碎带中的巷道围岩注浆深度、浆液比例和注浆孔间距等加固参数。研究结果对类似条件下的巷道的支护具有一定的指导意义。     

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.     

破碎围岩注浆加固技术研究现状及发展趋势

破碎围岩注浆加固对于巷道支护、煤矿安全生产具有重要意义,对破碎围岩注浆加固围岩分类方法、注浆加固材料的类型、注浆加固理论与注浆理论、注浆工艺、注浆加固效果检测进行了较为详细的论述与分析。同时提出了目前破碎围岩注浆加固技术存在的问题,并针对目前存在的问题,提出了破碎围岩注浆加固围岩分类、注浆材料、注浆工艺、注浆加固效果检测的发展趋势。     

流固耦合作用下富水深埋隧道帷幕注浆力学模型

富水隧道的施工中往往采用帷幕注浆法对围岩进行堵水加固,需准确获取富水深埋隧道帷幕注浆法加固后隧道围岩的位移场与应力场大小;基于流固耦合理论,建立隧道注浆帷幕力学模型,推导了围岩位移与有效应力的解析式;以大瑞铁路某富水深埋隧道为工程背景,采用建立的力学模型计算了6种加固方案,并分析了围岩剪切模量和弹性系数对位移场与应力场变化的影响;通过与有限元数值模拟结果以及现场监测结果对比,验证所建立力学模型的准确性。研究结果表明：所建立的力学模型可较为准确地计算帷幕注浆法施工的隧道围岩位移与有效应力;较大的剪切模量和弹性系数可抑制围岩位移,但会增大围岩的径向和环向有效应力。     

破碎围岩隧道开挖小导管高压注浆机理及效果分析

小导管高压注浆法是隧道工程不良地质施工采用的一种超前支护技术.本文以河北张石高速黑石岭隧道出口浅埋破碎段为例,对小导管高压注浆法在软弱破碎围岩开挖中的加固机理进行了研究,采用FLAC三维数值模拟方法对小导管施做过程中受力机理和注浆时围岩的塑性区、位移场进行了模拟,定量分析了小导管注浆法的加固效果.研究表明,采用小导管高压注浆法能显著抑制软弱破碎围岩的变形,减少隧道支护结构的变形和受力,避免浅埋软弱破碎围岩开挖中塌方现象的产生.     

回采巷道锚注加固浆液渗流规律研究

为了获得回采巷道锚注加固工程中合理的注浆压力,首先将回采巷道围岩破碎区看作连续介质,并应用渗流理论得出了浆液在破碎围岩中扩散的基本方程,并建立了COMSOI数值计算模型,研究了不同注浆压力条件下的浆液流动扩散特征。结果表明:对于回采巷道锚注支护工程,浆液在垂直于钻孔方向的扩散深度明显大于浆液在垂直于钻孔方向的扩散半径,合理的注浆压力约为1.0~3.0MPa,并将研究成果用于桃园煤矿回采巷道锚注支护设计,取得了良好的效果。     

松软破碎围岩巷道注浆参数试验研究

注浆加固能够有效改善巷道围岩的破碎状态,针对火铺矿213石门在采用水灰比2∶1的浆液注浆效果不理想的情况,分析了巷道围岩注浆加固效果的影响因素,并通过水灰比配比实验,最终确定了采用水灰比为0.8的浆液注浆是合理的,并对注浆后巷道的顶板下沉量及两帮移近量进行了监测,监测结果表明,当采用水灰比为0.8的浆液,注浆孔深为4 m的注浆方案时,注浆加固效果比较理想,极大的改善了213石门巷道破碎围岩状态.     

综放开采动压影响破碎巷道围岩加固控制技术研究

不连沟煤业公司不连沟煤矿F6103工作面辅运巷受F6103工作面回采影响后,矿压显现更明显,煤柱帮侧围岩破碎严重,出现大面积"网兜"。针对围岩已破碎段巷道,采取锚杆补强和注浆加固围岩的方式实现围岩自稳,通过理论研究和数值模拟对锚杆(索)补强进行合理的设计研究,取得了较好的效果,使破碎围岩得到有效的控制。     

深井穿断层回采巷道围岩变形机理与 稳定控制对策

以海石湾矿穿断层的回采巷道围岩控制为工程背景,综合运用理论计算、数值计算和现场监测的方法研究深井穿断层回采巷道围岩控制技术与对策.不同埋深条件下数值计算结果表明:深井穿断层回采巷道顶板下沉量明显大于底鼓量,近断层巷帮变形量明显大于远断层巷帮变形,巷道变形呈现明显的非对称性特点;巷道埋深增加,浅部围岩承载能力迅速减小,尤其是近断层侧;无论掘进时期还是回采时期,深井巷道围岩破碎区和塑性区范围较浅埋深巷道增大.针对性地提出了围岩稳定控制技术方案,即"工字钢架棚支护+围岩滞后注浆加固技术+锚杆二次支护"分步联合支护的围岩稳定控制技术.巷道支护效果分析表明:围岩整体稳定已基本得到控制.     

正盘台隧道超前帷幕注浆合理范围

富水隧道开挖易引起突涌水、掌子面失稳和支护结构位移过大等问题,采用帷幕注浆可加固围岩并止水,进而保障隧道施工安全。为寻求合理超前帷幕注浆范围,本文依托京张铁路正盘台隧道实际,通过FLAC3D数值模拟手段建立了渗流场与应力场的耦合模型,研究深埋富水段隧道超前帷幕不同注浆范围对围岩稳定性和渗流规律的影响,从而指导工程实践。研究表明：全断面帷幕注浆和全周边注浆可较好满足正盘台隧道不同渗水段安全需求。     

管棚注浆在浅埋松软地层中的预加固效果分析

管棚注浆法是浅埋地下工程通用的一种超前支护技术.为分析管棚注浆支护法在浅埋松软地层开挖中的支护效果,以某三孔框构式引水隧道洞口段浅埋松软地层为例,通过对管棚应变变化情况进行监测研究和对隧道施工过程中引起地表沉降进行现场监测,利用ADINA软件对不同支护条件下隧道开挖过程所产生地表沉降值进行数值模拟.以数值试验的定量分析作为理论基础,通过监测管棚形变和地表沉降数值变化,并对两者结果进行对比分析.结果表明,管棚注浆支护设计在浅埋松软地层开挖中应用效果显著,管棚注浆法能够在对隧道围岩进行超前预加固时形成一圈防护层,能分担部分隧道上覆岩层应力,从而较好地调节围岩应力重分布,同时又能有效地抑制围岩的变形.     

基于复合注浆材料的断层破碎区巷道锚注支护

彬长矿区孟村煤矿中央一号回风大巷因高地应力、DF29大断层和强采动等多因素耦合作用,使得原有锚网索喷支护失效,导致围岩呈现变形大、破坏严重的问题。为此,利用钻孔勘探、地应力原位测量和实验室试验等技术获得断层区域内的地质构造和地应力赋存环境,探明了巷道围岩的变形破坏机理,研发了一种可注性好的反应温度低于95℃、抗压强度大于40 MPa的矿用复合注浆加固材料。并结合数值模拟所得围岩塑性破坏范围和分布特征,提出了一种以中空注浆锚索为核心的锚注补强支护技术,对其支护参数进行了优化。结果表明:该锚注补强支护技术在浅部围岩内形成厚度为4.5 m的注浆加固环,且通过注浆锚索与深部围岩形成一个整体,有效维持巷道围岩的稳定,为新型复合注浆加固材料在断层破碎区巷道围岩的锚注加固工程实践提供参考和技术支持。     

深井软弱围岩联合控制技术及耦合叠加拱承载效应研究

为有效解决深井软弱围岩巷道稳定控制技术难题,以淮南某矿-962 m轨道大巷为工程背景,依据软岩应力-应变曲线及围岩应力变化和强度之间的关系,建立圆形巷道围岩破坏分区力学模型,将开挖后的巷道由表及里依次划分为残余区、塑性软化区、塑性硬化区及弹性区,以阐明锚杆(索)锚固系统变形失稳机制,并提出深井软弱围岩的控制要点及关键技术。在此基础上,提出高预应力支护构件遏制残余区扩展、有效的支护承载区发挥围岩承载能力、极大提高软弱围岩承载强度及完整性、薄弱部位补强支护形成完整承载圈等4个围岩控制要点,进而提出“以高强预应力锚杆(索)为核心,浅、深孔分次注浆为基础,底角与底板锚注加固为关键”的全断面强化联合控制方案。结合支护方案特点提出实现内、外承载的“耦合叠加承载拱”结构。该耦合承载拱将支护体与围岩的相互作用和所提供的径向支护力相统一,对锚杆(索)支护阻力具有显著的放大作用。研究结果表明：围岩残余范围随硬化系数、软化系数、支护阻力及内聚力和内摩擦角的增大而减小,随扩容系数的增大而增大,而残余区、塑性软化区、塑性硬化区的边界发生渐进式扩展变换是导致围岩大规模破碎和锚杆(索)锚固失效根本原因。通过工程计算...     

深部复杂应力环境下巷道破坏固-流耦合数值模拟分析

石嘴山一矿38区 600m轨道巷的稳定情况是影响矿井下组煤正常生产的潜在问题,本文基于岩石力学实验与现场工程调查的结果,对该巷道变形机理与破坏过程及规律进行固-流耦合数值模拟分析,得出注浆锚杆(索)与喷射混凝土联合支护方式是可行的,为巷道支护设计提供了理论依据。     

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.     

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。     

超前小导管注浆预加固穿越隧道断层破碎带效果分析

为系统分析超前小导管注浆预加固技术在隧道断层破碎带的加固效果,以采用超前小导管注浆预加固技术的某隧道断层破碎带加固工程为背景,利用超前地质预报雷达影像分析超前小导管注浆加固后岩体的破碎程度;通过现场取芯、试验得出加固后岩体的BQ值,并对比勘察阶段的BQ值,以此表征超前小导管注浆预加固技术对围岩等级的影响;采用时间-体积法对加固后的渗水量进行测算;利用徕卡TS09plus-2R500设站并观测加固后隧道洞内外位移。基于以上方法和技术对穿越断层破碎带超前地质预报结果、岩性、渗水量、洞内外沉降监测数据等4方面进行分析,结果表明：采用超前小导管注浆加固方法,虽然可以在可控范围内穿越断层破碎带,但超前小导管注浆不能改善洞深范围内围岩体的破碎程度,其止水效果较差;初始开挖时引起的变形是穿越隧道断层破碎带的主要形变,应提前完成初期支护。     

大断面采动影响煤巷锚索槽钢梁桁架非对称围岩加固技术

为有效控制大断面采动影响煤巷围岩变形和实现支护结构体在围岩控制过程中的持续稳定,提出了锚索槽钢梁桁架非对称支护技术。首先,基于王家岭煤矿20103工作面运输巷地质条件,建立了锚索槽钢梁桁架非对称支护结构力学模型,掌握了非对称支护顶板弯矩分布规律,得到了顶板弯矩减小最大区域距窄煤柱帮2.4 m处。其次,采用数值模拟分析方法对锚索槽钢梁桁架非对称支护参数进行了优化,确定了桁架偏心距为500 mm,锚索长度为8 m,桁架跨距为1.5m等关键参数。最后,在20103工作面运输巷开展了工业性试验分析,工程应用效果表明,在锚索槽钢梁桁架非对称加固下,巷道围岩变形对采动影响的敏感性减弱,巷道围岩变形量较小,保障了20103工作面高强度安全高效回采。     

大采高工作面穿越断层破碎区预注浆耦合加固实践

大采高工作面在穿越断层过程中多次出现大面积漏矸漏砂现象,严重制约安全高效开采。预注浆耦合加固(Pre-Grouting Coupling Reinforcement,PCCR)对快速穿越断层破碎带和安全高效开采至关重要。针对宁东鸳鸯湖矿区清水营煤矿大采高工作面安全穿越断层破碎带失稳致灾难题,采用工程调查、理论分析和现场实践等综合方法,提出了预注浆耦合加固(Pre-Grouting Coupling Reinforcement,PCCR)方法,设计了注浆工艺,定量确定了注浆参数。通过注浆可提高裂隙的粘结力和内摩擦角,增大岩体内部块间相对位移的阻力,改善岩体弱面力学性能,提高围岩整体稳定性。研究认为注浆耦合加固方法对于破碎煤岩体可实现结构性能改变、力学性能的提升,快速凝固之后形成"骨架"结构,支撑能力显著提高。加固断层带破裂顶板时注浆压力一般为4.0~6.0 MPa,单孔注浆量预计为110.0 kg,有效扩散半径约为3.2 m.实践表明采用PCCR技术方法,及时有效控制了工作面顶板和上下超前巷道稳定,保证了安全开采,综合效果显著。