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     

基于FLAC 3D数值模拟下软弱煤岩松动圈厚度分析

为分析各种因素对深部软弱煤岩松动圈厚度的影响程度,选用原岩应力、巷道断面尺寸两个因素进行数值模拟,分析不同条件下煤岩松动圈厚度变化范围。在理论上定性分析深部开采煤岩松动破碎变形影响因素基础上,以数值模拟为主,定性分析松动圈破碎范围。根据理论分析矩形巷道基本变形规律,确定巷道围岩破坏规律,对深部开采煤岩松动破碎变形理论定性分析。确定影响煤岩松动破碎变形的主要因素,选择合适数值计算模型。根据数值模拟结果,分析每个方向的粘结力变化的临界点,然后确定其点的坐标值以绘制每个正交实验的松动圈,找出巷道围岩断面最易发生变形失稳的关键部位,分析规律性的结论。确定了不同截面情况下松动圈随巷道埋深及断面尺寸的变化趋势和变化速率,分析得出规律性的结论。     

煤巷围岩松动变形对边掘边抽的影响分析

随着煤巷掘进工作面的向前推进,破坏了原始煤体的稳定性,煤层巷道两侧的煤壁在一定范围内形成一个松动变形圈,在此变形圈内煤岩体将向巷道空间移动。根据数值模拟计算和现场观察与测试,发现随着巷道沿煤层向前掘进,掘进头以及巷道两帮煤体的应力变化影响圈或松动变形特征呈“U”字形状。在“U”字形松动变形范围内,煤层透气性系数增加数十倍。现场考察了松软厚煤层巷道周围煤岩体位移及松动变形对边掘进巷道边抽放瓦斯效果和影响抽放瓦斯效果的因素,对边掘边抽布置方式和封孔工艺的改进具有一定的指导意义。     

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。     

不同巷道支护方式的数值模拟研究

为解决盛平煤矿工作面巷道支护的问题,以盛平煤矿地质条件为依据,利用数值模拟软件建立了巷道在不同支护方式下的数值模型,得到了不同支护条件下巷道围岩变形、应力分布及塑性区分布变化规律,并分析锚杆和锚索在巷道支护中所起的作用。数值模拟结果表明:锚杆、锚索能够很好的起到挤压悬吊作用,形成了以锚杆为主的承载圈,在锚索的作用下,进一步增强了围岩的组合效应和抗变形能力。锚杆、锚索联合支护对巷道围岩控制起到较好的作用。     

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。     

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.     

基于峰后特征的深部隧道围岩分层断裂数值分析

为了揭示深部隧道工程围岩的分层断裂机理而展开数值实验研究.分析了深部地层岩体历史及赋存环境,认为深部岩体在力学上处于峰后阶段,根据岩石峰后应力-应变特征选定了围岩的峰后特征指标及其开挖响应方程.建立了数值实验模型,设计了开挖数值模拟的围岩响应监控方案.完成了大量的开挖数值模拟,实现了深部围岩分层断裂现象在数值模拟中的重现.基于实验中围岩应力、变形分布的全程监测结果,在确定围岩分层断裂产生条件的基础上,进一步研究得到了围岩分层断裂层数、分层断裂圈半径、最大峰值应力等参数与峰后特征指标的关系.根据地下结构开挖围岩应力重分布及岩石力学破裂机理,分析了分层断裂中次生自由面、多重似开挖面形成的力学机制.所得数值模拟结果,为深部工程围岩的分层断裂提供了验证依据,消解了长期以来数值模拟中没有观察到分层断裂现象的困惑.     

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。     

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。     

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。     

近距离煤层内错式开切眼合理错距的研究

为探究近距离煤层内错式开切眼水平错距的合理选取问题,以神东矿区某矿为工程研究背景,通过构建力学模型得到上覆煤层遗留停采煤层产生的附加应力对下方开切眼的应力解析解,采用数学分析得到下煤层的水平停采距离的合理范围,并运用FLAC3D数值模拟软件分析不同水平错距下切眼位置所处的应力环境,得到下煤层开切眼停采的水平距离为50 m时能够满足巷道布置要求。通过地质雷达进行开切眼巷道的围岩松动圈的测试,得到开切眼巷道松动圈的范围为3.1 m~3.8 m,切眼巷道左帮的破碎范围大于顶板,开切眼巷道围岩完整性较好。研究结果表明,下煤层内错式开切眼停采水平距离为50 m时,开切眼巷道能够满足工作面的正常回采。     

不同层位巷道相对位置与围岩应力特征相关性研究

在某矿2号、3号煤回风巷道水平距离不变、高差不同的情况下,应用数值模拟的方法,模拟研究了2号煤回风巷对3号煤回风巷右帮的影响,并对比分析了其垂直应力分布情况,得出了两巷道不同层位关系的应力特征.     

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。     

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.     

榆家梁矿煤巷锚杆支护参数研究

根据煤巷锚杆支护参数设计中存在的问题,结合榆家梁矿的巷道布置具体情况,通过理论分析和现场试验,提出了适合煤巷特点的锚杆合理支护参数设计方法,即"地质力学评估—数值模拟—初始设计—现场观测—修改设计"的设计方法。现场实际测得松动圈范围,分析了巷道围岩情况及其松动圈规律,通过理论分析和现场试验,设计了合理的巷道锚杆支护参数,经过现场试验分析,锚杆有效的控制了巷道的变形破坏。取得了较好的应用效果。     

深部巷道围岩瞬态温度-热应力的耦合作用

为了研究深部巷道温度场与应力场的耦合作用,采用理论推导得到圆形巷道围岩瞬态热-弹性耦合解析解,分析了巷道围岩温度场和热应力的分布规律,并通过数值模拟和现场观测研究了热应力对巷道围岩稳定性的影响。研究表明:围岩温度分布呈非线性变化,表层温度梯度大,围岩深处温度梯度小;随通风时间延长,围岩温度逐渐降低,冷却圈不断增大,温度梯度逐渐减小,温度分布曲线趋于平缓;通风能够改变围岩应力状态,切向热应力在围岩表层表现为较大的拉应力,而在深处表现为较小的压应力;径向热应力为拉应力,热应力加剧了巷道围岩顶底板塑性区扩展的深度。     

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。     

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.     

综放沿空煤巷不同支护方式围岩变形演化规律的数值模拟

针对综放开采沿空掘巷围岩控制的问题,采用数值模拟方法,以山西兰花集团公司大阳煤矿3203综放回风顺槽为研究对象,利用FLAC3D计算程序系统模拟了留设5m煤柱护巷时回采巷道围岩和小煤柱应力演化过程,对无支护、有支护情况下的巷道顶、底板及两帮的应力分布特征,巷道围岩位移特征和沿空煤巷围岩破坏区演化规律进行了对比分析.结果表明,锚杆(索)支护形式能有效控制围岩变形破坏,并且施加锚杆(索)支护后围岩松动范围能有效控制在锚杆(索)锚固范围之内,为保证综放沿空煤巷的稳定提供了理论与技术依据.