基于松动圈测试技术的巷道支护方案设计

巷道围岩松动圈的大小是评定围岩稳定性和确定锚杆长度的重要依据,对双柳煤矿3306工作面回采巷道进行围岩松动圈测试,得出了该工作面松动圈范围。根据松动圈测试结果、巷道围岩松动圈支护理论及我国缓倾斜、倾斜煤层回采巷道围岩稳定性分类方案,最终确定了合理的巷道支护方式及参数,对类似地质条件下的巷道支护设计具有借鉴意义。     

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。     

基于松动圈理论深埋黄土隧道围岩压力计算方法

围岩压力的确定一直是隧道工程结构设计中的重点,而黄土隧道的工程特性与其他岩质隧道有着明显的区别,尤其是深埋黄土隧道的围岩压力计算。通过对深埋黄土隧道开挖后的围岩应力状态进行分析,明确了松动圈的定义,推导了松动圈的表达式,提出了基于松动圈理论的深埋黄土隧道围岩压力计算方法,并基于现场试验实测数据与既有计算方法进行了对比分析,以验证该方法的适用性。研究结果表明：松动圈为塑性区的内圈,是塑性区内切向应力小于初始地应力的部分;黄土隧道的松动圈较普通巷道和岩石隧道的松动范围大得多,更易受隧道开挖影响;基于松动圈理论的围岩压力计算方法与其他计算方法相比较,计算结果与实测值接近且存在一定的安全储备,使用该方法对深埋黄土隧道围岩压力进行计算是可行的,基于松动圈理论的围岩压力计算方法更适用于深埋黄土隧道这种有一定自稳能力的软弱土质围岩隧道。     

未确知聚类方法及其在松动圈厚度预测中的应用

 对未确知聚类方法进行优化,并将其应用于巷道围岩松动圈厚度的预测之中.结合巷道矿压显现特点和松动圈支护理论,选取巷道埋深、巷道跨度、围岩强度、围岩节理裂隙发育程度和巷道掘进断面积5个主要影响因素作为松动圈厚度的判别指标.利用17组实测数据确定松动圈厚度的分类模式和各判别指标的单指标测度函数以及指标权重,给出了松动圈厚度预测值的计算公式.基于预测对象的多指标综合测度,通过未确知测度距离判断预测对象松动圈所属的分类等级,结合各分类模式下样本松动圈厚度的均值计算松动圈厚度的预测值.经计算检验,该方法预测样本集松动圈厚度的平均相对误差为5.13%,而用神经网络方法和支持向量机方法预测该样本集松动圈厚度的平均相对误差分别为13.61%和10.17%.为进一步检验该方法的可靠度,将其应用于马路坪矿某巷道松动圈的预测中并将预测值与实测值做了比较.结果表明,采用该方法得出的预测值和实测值基本吻合.可见该方法是可靠实用的,可以在实际工程中推广应用.     

新汶华丰矿井巷松动圈探地雷达实测研究

以华丰煤矿典型巷道围岩松动圈的实测资料为基础，分析了配置２００ＭＨｚ 天线的探地雷达用于探测巷道围岩松动圈的科学性，探测深度小于１０ｍ 、探测精度达０．０５ｍ ，满足确定巷道围岩松动圈边界的基本要求．得出巷道围岩松动圈的发育具有结构特点，其中软弱结构起关键作用，开辟了探地雷达的应用领域     

深部工程围岩松动圈范围确定及变形破坏机理

随着埋深增加，深部工程围岩在开挖后应力重分布形成支撑压力区，破坏后将形成新的破裂面，稳定的支撑压力区即为围岩的松动圈。围岩松动圈范围的确定以及变形破坏机理的研究，关乎围岩变形稳定控制支护的方式方法。利用围岩的平衡方程和泰勒展开方法，得到松动圈的初始半径，并采用Maxwell方程来表征岩体中缺陷应力演化，推导了围岩松动圈发生劈裂破坏的条件。     

利用松动圈原理确定锚杆支护参数的方法

介绍了巷道(隧道)地下工程围岩松动圈支护理论并以此为依据确定了锚杆支护参数的方法.工程实践表明,用巷道围岩松动圈支护理论确定锚杆支护参数,支护效果好,又降低了工程造价,加快了施工速度,具有良好的推广价值.     

基于SMP准则的巷道松动圈计算及数值模拟研究

为了研究巷道开挖后巷道周边应力分布特征及松动圈半径的大小,根据SMP准则探讨了松动圈形成的力学机理,提出了松动圈半径的计算公式,并应用数值模拟的方法得出了巷道围岩应力、位移、破坏的分布特征。结果表明理论分析与数值模拟的结果是一致的,对井下支护设计具有借鉴意义。     

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。     

新型接触式隧洞收敛监测系统及其应用

收敛位移是隧洞开挖过程中围岩变形与应力状态变化最直观的反映之一。为克服传统自动化收敛监测仪器精度不高、自动化程度偏低、数据处理复杂、耐久性较差等缺点,构建了新型接触式隧洞收敛监测系统(TPMS)。通过求取最优监测平面的优化目标函数,将测点空间三维坐标换算为监测平面二维坐标,并推导了围岩收敛位移计算公式。基于高放废物地质处置"北山坑探设施"工程,使用TPMS对断层破碎带围岩进行了长期收敛位移监测试验,获得了监测断面位移包络图和各测点位移时程曲线,并与人工监测数据对比分析,论证了其使用的可行性和监测数据的准确性。试验数据表明:各测点位移大致随时间先呈线性增长后增长速率逐渐减小;位移量自起拱处向拱顶逐渐增大,最大位移为1. 174 mm,最大位移速率为0. 007 98 mm/d。研究成果可为地下工程围岩收敛监测和分析提供借鉴与参考。     

巷道三点收敛观测法测点布置的复变函数解析

针对均质岩体巷道两帮或圆弧段上的三点收敛观测法的测点布置主要依靠工程师经验确定,随意性较强,缺乏可靠的理论依据,采用复变函数方法对均质岩体巷道两帮与圆弧段竖直方向的位移进行精确解析,确定出竖向位移为零而水平位移值最大的形变特征点,并将其作为巷道两帮或圆弧段上的测点布置位置,从而解决了测点布置的理论依据问题。研究成果可为均质岩体巷道围岩稳定性收敛观测工作提供了科学依据。     

跨采巷道围岩松动圈发育的结构特点

采用ＦＬＡＣ数值模拟软件,研究了七种围岩结构型式巷道在不同跨采应力环境中的松动圈发育规律,得出不同围岩结构组成型式对巷道围岩松动圈的最终发育形态和发育程度具有重要影响的结论,通过井下工业性试验的验证,表明跨采巷道围岩松动圈的发育规律具有结构特点     

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.     

基于统一强度理论的巷道围岩松动圈计算方法

针对不同强度准则计算松动圈的适用性问题,基于围岩弹塑性理论,采用统一强度理论推导了巷道围岩松动圈理论计算公式。依托实际工程,采用Mohr-Coulomb准则、Hoek-Brown准则和统一强度理论对巷道围岩松动圈厚度进行理论计算。将理论计算结果和现场测试结果进行对比,发现基于Mohr-Coulomb准则计算松动圈厚度大于现场测试结果,基于Hoek-Brown准则计算松动圈厚度小于现场测试结果,同时二者的理论计算厚度与现场测试结果相差较大。而统一强度理论计算松动圈厚度和现场测试结果比较接近。因此,统一强度理论适用于巷道围岩松动圈理论计算。     

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.     

深部软岩巷道锚注联合支护围岩承载机理分析

应用FLAC计算软件中的应变软化模型,通过数值计算研究了牛马司煤矿深部软岩巷道围岩应力与围岩性状的关系,提出了深部软岩巷道内、外承载结构模型,分析了承载结构的发展过程,探讨了巷道两帮承载结构与深基点位移分布的关系.将深部软岩锚注联合支护巷道两帮围岩位移分布分为松动区、锚固区、松弛区和基本稳定区4个区,松弛区围岩应力提高幅度较快,外承载结构的内边界处于该区内,基本稳定区是外承载结构的主体.提出了基于深基点位移的巷道外承载结构内边界的确定方法.图6,表4,参14.     

松树镇煤矿巷道锚网索支护方案优化

为了解决松树镇煤矿深部巷道支护情况优化问题.采用数值模拟的方法对支护方案进行分析,设计了优化支护方案.对巷道锚杆工作阻力及巷道表面位移进行监测,对巷道围岩松动圈进行测试,研发了适合松树镇的煤矿深部巷道支护技术.该成果对研究巷道锚网索支护方案优化的研究具有一定的参考价值.     

弱胶结地层巷道地应力数值反演

在鲁新煤矿巷道断面实测相对收敛位移的基础上，采用弹性位移反分析方法对该巷道围岩的初始应力和围岩参数进行数值反演。利用反演结果进行数值模拟计算，并将所得测点间的相对位移和实测结果进行对比，两者之间吻合较好，说明采用位移反演法进行地应力还原是可行的。根据数值模拟结果和实地现场观测对该矿区在软岩巷道开挖后出现巷道围岩收敛位移大、底鼓、对砌开裂和锚杆受力效果不好等现象的原因进行分析，并对巷道的支护设计和施工给出建议。     

基于数值方法的大型地下硐室松动圈推算

地下硐室的开挖将导致岩体应力应变状态的改变及塑性区的产生,开挖导致的围岩松动圈将是贯穿开挖支护及安全运行整个过程的重要问题。松动圈厚度又是决定地下硐室支护设计的因素之一,因此在松动圈与其决定因素间建立函数关系用于计算推导围岩松动圈厚度具有重要意义,不仅可以为支护设计提供参考数据,还能够对工程现场实测得到的松动圈厚度做检验对比。本文基于三维数值模拟,结合数学方法在大量参数组合基础上回归推导出松动圈厚度与地应力,岩体强度,模量间的关系,并用实际工程数据进行验证。     

隧道围岩特性参数反分析与数值模拟

为确定合理的隧道围岩应力场和参数,采用位移反分析法进行分析.结合现场监测数据和FLAC3D有限元软件进行反演分析和围岩变形数值模拟.研究结果表明:运用FLAC3D仿真模拟开挖,隧道拱顶是危险点,开挖之后拱顶上部围岩下沉值较大;通过现场实际监测拱顶点的位移分析可知,当从第六天之后围岩趋于稳定下沉值22 mm,回归分析确定了拱顶下沉值随时间的变化指数曲线关系;根据位移反分析确定围岩弹性模量为2.5 GPa适合该工程条件,围岩其他参数也可按照该方法进行确定.