深孔卸压爆破技术改变围岩应力结构的试验研究

针对围岩内高应力集中造成巷道支护后难以稳定的问题,应用"深孔卸压爆破技术",重新调整围岩应力分布,使深部围岩内积聚的弹性能以变形破裂的形式释放,使应力集中的弹性区转移到围岩更深处,在围岩深部形成应力集中的自承载圈,在巷道周围表层一定范围内形成低应力卸压圈.通过改变围岩应力分布,使围岩内高应力得到释放和转移,消除巷道附近围岩应力集中,在底板岩层中形成上自撑岩环体和下自撑岩拱体两层自撑结构,有效地控制巷道变形,保持了巷道稳定,达到深部围岩-浅部围岩-支架系统耦和支护的目的,充分发挥了围岩自承能力.卸压后的巷道采取常规支护技术就能保持长期稳定.     

新汶某煤矿深部开采过渡区巷道支护技术与实践

新汶某煤矿深部开采过渡区-550 m巷道在高应力作用下围岩变形加剧,原"锚网+喷浆"支护形式下,巷道出现明显的底鼓变形。本文应用FLAC~(3D)数值分析软件,对该矿-550 m水平巷道"注浆+锚喷网+锚索+底角锚杆"的支护形式与原支护形式进行对比分析。分析结果表明:新支护形式下,顶底板移近量由102.7 mm减小到29.8 mm,塑性区分布范围也大大缩减。现场巷道围岩变形监测数据证明了该支护形式对深部开采过渡区巷道围岩变形具有较好的控制效果。     

深部高应力软岩巷道注浆时机优化分析

基于支护-围岩共同作用原理分析,揭示朱集西煤矿深部高应力软岩巷道围岩收敛变形与支护强度及围岩自承力的变化关系,获得巷道围岩位移与支护强度的关系曲线。采用FLAC3D内嵌的Fish语言编程,提取巷道围岩塑性区、拉伸破坏区及剪切破坏区体积数,揭示不同岩性与埋深条件下巷道围岩变形和塑性区扩展随应力释放率的演化规律,再现巷道围岩从局部破坏直至整体失稳破坏的演化过程,提出以应力释放率阈值作为判定注浆时机的指标。研究结果表明:确定当围岩变形量为150 mm时,实现存储于围岩内变形能的充分释放及围岩自承力的最大利用。采用应力释放率阈值60%和围岩变形量150 mm作为判定注浆时机的指标是合理的,两者可相互验证。提出"锚网索喷+注浆+底板锚注"联合支护技术方案,解决了深部高应力软岩巷道支护难题,验证了所确定的注浆时机是合理、可行的。     

南屯煤矿深部沿空巷道耦合支护技术

通过研究,确定了南屯煤矿九采区93|02综放工作面沿空回采巷道围岩为高应力节理化复合型(HJ型)软岩,根据巷道围岩变形力学机制及其转化对策,确定了锚网索耦合支护设计方案,即采用破底板掘进和超前支护优化围岩结构,采用直墙圆拱形巷道断面优化围岩受力状态,锚杆为直径22 mm,长2 500 mm的螺纹钢锚杆,间排距800 mm ×500 mm,配合钢筋网及复合托盘,锚索长度为6 800 mm,排距2 000 mm.工程应用表明,巷道掘进期间围岩基本没有变形,工作面回采期间,顶底板变形量累计456 mm,两帮相对移近量累计518 mm,能够实现深部松软厚煤层沿空巷道围岩稳定性的有效控制,为工作面的安全高效生产创造了条件.     

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。     

高应力巷道钢管混凝土支架支护围岩稳定性分析

针对高应力巷道围岩控制难度大的问题,对鹤壁三矿高应力巷道的钢管混凝土支架支护后的巷道围岩变形破坏情况进行了理论分析和数值模拟.理论计算表明,Φ219×8mm型钢管混凝土支架极限承载能力是2 595.04kN,可提供极限支护反力为1.8MPa.数值模拟结果显示,支护后巷道最大垂向位移172mm,两帮位移82mm,变形量较小,满足巷道围岩控制要求.现场实测发现两帮和顶底板变形均发生在施工后30d内,最大移近量为40mm和60mm;后期变形量无明显增长,巷道围岩保持稳定.     

深部巷道围岩稳定性控制技术研究与实践

针对邢东矿深部巷道围岩大变形、支护系统严重损毁等矿压显现特征,在分析深部巷道变形破坏机制的基础上,认为改善浅部围岩力学性质、提高支护系统强度是控制深部巷道围岩变形破坏的有效途径,并据此提出了集强力锚杆索、钢管混凝土支架、滞后注浆加固技术于一体的联合支护技术,并阐述其控制机理。建立了钢管混凝土支架力学模型,得出新型钢管混凝土支架承载力及其对巷道承载体系提供的支护反力,并综合应用理论计算、数值模拟优化和工程类比等方法确定其控制方案。现场实践表明,采用该方案2个月后,围岩变形趋于稳定,两帮变形量小于150 mm,顶板下沉量为94 mm,底鼓变形量为79 mm,有效解决了深部巷道变形失稳问题,并为类似深部巷道围岩控制提供了理论和技术支撑。     

金川矿区深部巷道围岩流固耦合稳定性数值模拟

 地下水渗流会影响巷道围岩力学性质,本文结合流固耦合基本原理,以金川二矿区深部巷道为例,采用MIDAS/GTS建立了金川二矿区1000m水平某巷道流固耦合模型,研究渗流对围岩应力场、围岩变形及开挖卸载影响。计算结果表明,渗流作用对巷道围岩竖向应力的影响大于水平应力,渗流也导致围岩最大、最小主应力比无水时偏大。渗流和无水状态下围岩变形空间分布具有相似性,渗流对巷道围岩水平位移影响相对较小,但对围岩竖向位移影响较大,其中巷道拱部竖向位移明显大于无水状态,渗流时拱部最大位移约为8.2mm,而无水时仅2.3mm左右。因此,渗流效应将导致巷道顶板稳定性变差。开挖卸载对渗流场的影响表明,开挖后巷道周边压力水头迅速降低,孔隙水压力最小降为零,且孔隙水压力也从水平层状分布变为沿巷道轮廓环形带状分布。     

低应力软岩复合顶板大变形煤巷支护技术

 低应力软岩复合顶板煤巷,虽然埋深较浅,围岩自重应力水平不高,但因顶底板岩层岩性及结构的特殊性,巷道围岩具有软岩的特性。以黑沟煤业有限公司主采4-2煤层回采巷道为工程背景,对该地质条件下巷道支护技术进行研究,结果表示,锚杆支护产生的夹持作用可提高巷道浅部围岩完整程度及深部围岩承载能力,缩小浅部围岩的破坏范围;锚索支护能够提高深部围岩与浅部围岩的整体性,减缓围岩的整体沉降运动趋势;金属网与钢带可加强对表面围岩的约束作用,限制破坏区向深部发展和表面围岩的冒落变形,减小顶板岩层的变形;底角锚杆能够促使应力峰值向深部的转移,减轻垂直应力向水平应力的转化程度,控制巷道底臌变形。上述支护方式的综合运用,可实现复合软岩大变形煤巷的有效支护。     

软岩开挖卸荷变形及支护效果的数值模拟

金川Ⅱ矿区岩体属于高应力软岩,文章研究了深部软岩巷道开挖卸载过程中围岩变形及支护效果等问题,通过建立3D有限元模型对巷道开挖进行动态模拟,并对巷道不同支护情形下的围岩变形进行对比分析。结果表明:巷道开挖卸载引起周围岩体应力释放,致使围岩向巷道径向挤压,产生的最大位移达到13.1cm,影响巷道的安全使用;采用U型钢+底部反拱共同支护后,对巷道两帮及顶板的支护效果比较明显,巷道两帮围岩的水平位移减少6.1cm,顶板围岩的沉降范围减少,且围岩应力释放速度减缓,但对巷道底板围岩的支护未达到要求,底板隆起值增加1.5cm;采用全断面喷锚支护后,巷道顶、底板处围岩的竖向位移显著减小,同时巷道两帮围岩水平位移也相应减小,但围岩应力释放的速度加快。     

软岩巷道扩孔锚固机理及支护控制数值模拟研究

针对深部煤矿巷道应力复杂、软弱围岩变形较大的问题,提出一种端部扩孔锚固方法,通过理论模型及数值计算,分析了端部扩孔锚固界面应力分布、脱锚长度扩展及端面挤压应力分布;研究了不同锚固方式巷道围岩变形、应力集中特征.结果表明:相比于常规锚固,界面剪应力在拉拔端附近先增大后减小,且在扩孔起点处附近也存在一个峰值,整体分布形态上...     

深部高应力巷道大变形机理与控制对策

为解决深部高应力大变形巷道围岩控制难题,采用理论分析和现场踏勘的方法,分析了双河煤矿深部巷道大变形机理.提出"围岩改性增强+围岩表面应力恢复+围岩卸压应力转移"相结合的围岩控制对策,并结合实际提出"钻锚注一体化+高预应力多维锚索桁架支护系统+顺层钻孔与巷道基角药壶爆破卸压"成套技术体系,通过现场工业试验,取得良好的技术效果.     

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。     

深部软岩巷道爆破卸压技术及工程应用研究

为控制深部软岩巷道的变形,利用爆破卸压技术,对淮南矿业集团谢桥矿高应力软岩巷道进行了爆破卸压工程试验,充分改变围岩应力状态,使巷道的变形量及稳定时间得到了很好的控制。     

断层影响下千米深井巷道围岩破坏机制及控制

为解决深部巷道断层附近围岩变形量大的问题,以山东鑫汇金矿-1 070 m水平石门巷道为研究背景,现场调查发现巷道存在冒顶和片帮等隐患,且巷道断面尺寸在原有支护下2个月后由3.6 m×3.1 m缩减到3.1 m×2.5 m.采取修正后的Hoek Brown准则引入Hoek Brown常数(m1)、岩体地质强度指标(GSI)和扰动因子（D）3个参数,计算后发现临界失稳半径与Hoek Brown常数、地质强度指标和岩石单轴抗压强度呈负相关,与围岩应力和扰动因子呈正相关.在此基础上,通过数值模拟对比了原方案和 “超前管棚注浆支护+锚梁网喷+长锚索+钢支架”联合支护方案的效果,结果表明：巷道顶底板变形量最大分别减小了400和300 mm,底板变形量两帮变形量最大减小了200 mm,检验了支护方案的有效性.方案实施后,现场监测表明,巷道顶底板及两帮的围岩变形量维持在250 mm以内,巷道围岩状况满足工程的需要.     

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。     

深部软岩巷道围岩塑性区演化规律及其控制

针对深部软岩巷道大变形的问题,采用理论分析、数值模拟以及工程试验等手段从巷道围岩塑性区演化规律探讨围岩控制原理.研究发现:深部高地应力软岩巷道塑性区轴比与应力集中之间的恶性循环,造成巷道围岩非均匀大变形,这是导致巷道失稳的主要原因.控制巷道塑性区最大半径方向上的围岩变形,这是关键,提出了"强化最大破坏深度围岩强度,强力控制关键区域巷道表面变形,支护结构协同控制,支护-围岩协同变形"的"两强两协同"围岩控制原理.基于该原理,设计以"可缩性桁架锚索+锚杆(索)"为核心的深部软岩巷道围岩协同控制方案,经工程试验表明该方案可有效地改善巷道围岩的大变形.     

深部巷道开挖数值模拟及围岩变形

为了揭示深部不同地应力环境下巷道开挖围岩的变形规律,为深部巷道开挖与支护作指导。采用有限差分软件建立了深部巷道模型,对不同水平侧压力状态及开挖进尺深度下巷道开挖过程进行了数值模拟。分析结果表明:巷道拱顶竖向、拱底竖向及中部水平向的变形明显,变形量最大发生在巷道中部,其水平向位移最大值为20 mm左右。当深部岩体水平侧压力系数为1时,即岩体处于静水压力状态,巷道开挖引起的变形量最大。随着开挖深度的增大,巷道变形量趋于稳定。     

极松散煤层复合支护技术研究

针对巷道所处煤层松软、埋深大、蠕变变形难以控制的问题,以芦岭煤矿为研究背景,在分析芦岭煤矿巷道原支护变形大的基础上,提出"平顶棚+梁锚注+网布"的复合支护技术.运用ABAQUS软件对新支护形式蠕变前后的应力及位移分布情况进行仿真模拟,给出了巷道顶中、底中和帮部中点的蠕变位移曲线,并与现场监测数据进行了对比分析.结果表明:采用"平顶棚+梁锚注+网布"巷道围岩支护方案,能有效控制围岩的蠕变变形,巷道顶板最大蠕变量仅为4mm,两帮移近量为60mm,底臌蠕变量为174mm,巷道总变形量减小,现场监测结果与数值模拟结果十分吻合且在巷道开挖13 d后变形趋于稳定,满足安全生产的要求,为极松散煤层巷道围岩的加固及支护提供借鉴.     

深部巷道围岩蠕变的数值模拟

煤矿深部开采时,针对高地应力下岩体蠕变导致的巷道围岩变形问题,分析了围岩变形破坏特征,并结合现场相关地质资料,采用FLAC^3D程序的Burgers蠕变模块,对不同围压条件下巷道围岩蠕变问题进行模拟研究。结果表明：围岩的蠕变存在着初始蠕变和稳定蠕变两个阶段;围岩的蠕变移近量、变形速率和应力均随时间的延长而增大,最终趋于稳定。该研究对高地应力条件下巷道施工有一定指导意义。