深部软岩巷道变形特性及其控制支护技术研究

围绕深部复杂软岩巷道稳定性控制研究中存在的主要问题,在软岩巷道的变形破坏特征、围岩的变形破坏机理以及深部软岩巷道的稳定性控制等方面进行了系统而全面的研究。基于对深部复杂软岩巷道变形破坏特征与围岩变形破坏机理的研究成果,分别采用"三锚"联合支护技术、"长短锚"联合支护技术以及抗让结合的支护理念,研究确定了深部复杂软岩巷道稳定性控制的合理支护方案。监测数据和分析结果表明,所确定的软岩巷道的稳定性控制方案是合理、有效的,可以保证深部复杂软岩巷道的长期稳定性。     

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。     

深部倾斜巷道变形机理的数值模拟

文章综合考虑影响深部巷道围岩变形的各种因素,并以淮北临涣矿为工程背景,通过现场观测、调研、取样和煤岩力学参数的实验室测定,建立了临涣煤矿的深部巷道计算模型;采用大型有限元软件ANSYS,分析软岩影响下的巷道变形特点;论述了适合软岩巷道围岩变形控制的耦合支护理论,并结合该理论和软岩巷道应力破坏特点,对临涣煤矿软岩处进行了支护优化设计,并对支护设计的结果进行了数值模拟仿真分析,得出对后续现场支护工业实验具有指导意义的结论。     

高应力软岩巷道壁后充填支护研究

高应力软岩巷道属非线性大变形问题,巷道支护必须满足其变形要求。总结了白皎煤矿高应力软岩砌碹巷道变形破坏特征,分析了砌碹巷道破坏机理,并对碹体壁后充填粉煤灰基材料改善"支护-围岩"关系的作用机理进行了分析,最后得到了现场验证。     

深部软岩巷道围岩分区破裂模拟实验

为研究深部软岩巷道破坏特征和机理,采用与实际工程岩体结构相似的巷道围岩物理模型进行三维模拟试验,考虑了不同应力水平、岩性(软岩和硬岩)、岩体结构特征(节理及层理分布)以及支护形式等因素,通过对比分析在弱、强支护条件下围岩内部不同深度的应力状态和位移,归纳出巷道围岩分区破坏的原因和影响因素,同时提出了主应力方向的旋转对巷道围岩的破坏作用,初步认为深部巷道分区破裂主要是剪切和张拉破坏共同作用的结果,这对于探索软岩巷道变形破坏规律和指导支护技术具有重要意义.     

高应力软岩巷道壁后充填支护研究

高应力软岩巷道属非线性大变形问题，巷道支护必须满足其变形要求。总结了白皎煤矿高应力软岩砌碹巷道变形破坏特征，分析了砌碹巷道破坏机理，并对碹体壁后充填粉煤灰基材料改善“支护－围岩”关系的作用机理进行了分析，最后得到了现场验证。     

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。     

反底拱支护在深井软岩巷道中的应用

深井软岩巷道受围岩压力影响较大,围岩力学特性低,易发生蠕变变形,从而严重影响巷道的长期稳定。通过现场调查和长期矿压监测,分析巷道变形破坏特征并总结破坏原因。根据现场工程地质条件、岩石特性和破坏特点,提出内锚外架+反底拱支护方式。现场监测结果表明:内锚外架+反底拱支护方式不仅可以抵抗围岩压力,而且可以有效控制长期蠕变[1]变形,在深井软岩支护中取得了良好的效果。     

软岩巷道围岩破坏特征的相似模拟试验研究

本文通过相似材料模拟试验研究,分析了锚杆支护条件下巷道围岩的变形破坏特征以及巷道在不同地应力作用下围岩破坏的相关因素。试验对于研究巷道围岩的稳定性问题,软岩巷道的支护设计以及软岩工程相关问题的理论研究具有指导意义。     

预应力锚索桁架支护系统的应用

巷道围岩进入了工程软岩状态后,巷道出现高地压、大变形、难支护的特点.本文对工程软岩特性、支护材料及支护工艺进行深入分析、论证,采用预应力锚索桁架支护系统控制工程软岩巷道围岩,取得了较好的效果.     

巷道压曲性底臌的机理与控制

巷道围岩控制是深部资源开采中的关键问题,而要攻克深井软岩巷道支护的难关,就必须首先研究底鼓的机理及其防治措施。巷道底臌有挤压、压曲、膨胀和剪胀等形式,压曲底臌是最常见的一种形式。根据巷道围岩本构关系,建立了压曲底臌力学模型及分析计算简图,根据弹性力学薄板理论,导出了压曲临界载荷计算式。研究表明,临界载荷与厚跨比关系密切。这对于控制底板层状岩体压曲型底臌有一定的参考作用。分析了防治压曲底鼓的有关研究成果,最后介绍了2个防治巷道底鼓的实例。     

极软岩巷道底臌锚注支护控制技术

针对极软岩巷道围岩变形破坏和严重底臌问题,现场通过对巷道围岩进行地应力量测、物理力学性质分析测试、矿物成分分析和节理裂隙调查确定了软岩类型。并针对现场围岩的具体情况,设计了有效的控制极软岩巷道底臌的锚注支护方案,通过使用岩石破裂过程分析(RFEA)系统对支护方案进行了数值模拟,进而确定一次锚网喷支护、二次锚注支护方案能够有效地加固巷道的两帮、顶板以及底角,并抑制底臌的发生,进而提高围岩本身的承载能力,达到治理围岩的目的。通过工程实践证明,此种支护方案是有效并且可行的。     

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。     

新安矿深部软岩巷道大变形特征及原因

新安煤矿是在建矿井,煤系地层属中生代地层。巷道埋深达1 000 m,不仅应力高,地质构造复杂,而且煤层顶底板以泥质岩石为主,含膨胀性矿物,岩石松散破碎、强度低。巷道开挖后,出现严重底臌、折帮和顸沉等非线性大变形破坏现象。运用工程地质学、软岩工程力学、黏土矿物学等多学科理论,采用工程地质调研、室内实验研究相结合的手段,对新安矿回风石门软岩巷道的变形破坏特征及其原因进行深入研究。研究认为:深部软岩巷道所处地质环境和围岩特征是产生非对称变形破坏的客观原因;普通支护的局限性是造成大变形破坏的主观原因。应该有针对性地采用有效支护方式,实现围岩与支护体在强度、刚度和结构变形三方面的耦合,有效控制变形,保证巷道稳定。该研究为下一步有针对性地进行支护设计提供了理论依据和指导性建议。     

基于软岩流变特性的“围岩-锚杆”系统稳定性模拟研究

针对新河煤矿-760 m软岩巷道变形大且持久的特点,采用三维数值模拟方法,分析了软岩巷道的流变特性对“围岩-锚杆”系统的影响,研究了流变软岩巷道围岩位移以及锚杆受力的发展变化特征.研究结果表明：锚杆轴应力与剪应力符合中性点理论,并且岩体弹性模量越小,锚杆剪应力越小,分布范围越大、越均匀,岩体弹性模量越大,剪应力越大,其作用范围越小、越集中,并且围岩位移会随着岩体弹性模量的减小而增大,即岩体越软,围岩位移越大.但通过锚注加固作用,该类软岩巷道围岩位移都得到了有效的控制,锚杆剪应力的分布特征研究为锚杆锚固形式在不同强度岩体中的选择提供了依据.     

基于一次二阶矩理论中心点法的深部软岩巷道稳定性分析

针对深部煤矿软岩巷道稳定性控制问题,利用数理统计和概率论的方法,以支护抗力和围岩荷载为变量,建立了可靠性极限状态方程,并采用一次二阶矩理论中心点法计算出支护失效概率指标,对支护后的软岩巷道围岩稳定性进行了可靠性预测,分析了巷道支护稳定性,并借助数值模拟,进一步验证了该方法的可行性.从现场施工至今,巷道围岩没有出现较大变形,生产情况良好,说明该法计算出的较小失效概率在工程允许范围内,完全符合预测要求.     

高应力软岩巷道预应力桁架锚索支护技术

曲江矿212风巷属于深部高应力软岩巷道,原有的"锚索+锚杆+梯子梁+金属网"联合支护并没有从根本上解决大变形问题.通过数值模拟与实践经验,在原有支护的基础上分析了巷道破坏的原因并提出了预应力桁架锚索支护方案.实践表明:预应力桁架锚索与传统锚杆、锚索相比具有抗剪强度高和有效加固两帮减少顶板下沉等优点,能减小塑性区范围,提高围岩的稳定性.     

鹤壁五矿深部高应力软岩巷道破坏机理及对策

针对鹤壁五矿深部三水平延伸轨道下山高应力软岩巷道支护问题,采用理论分析与数值模拟手段对其变形破坏机理及支护对策进行了研究.结果表明,在深部高地应力及软岩膨胀性作用力的影响下,巷道围岩内部积聚了大量的变形能量,单纯依靠多种支护形式的叠加,而不注重支护体与围岩之间以及支护体之间的耦合是巷道失稳的主要原因.为此,提出了锚网喷+锚索+底角锚杆+桁架耦合支护对策,即通过喷层封闭围岩,锚网柔性支护释放变形能,底角锚杆转移底臌塑性滑移作用力,锚索+桁架支护控制围岩整体变形,从而实现对高应力巷道围岩变形的有效控制.该技术在现场进行了成功应用,取得了良好的效果.     

深部倾斜岩层巷道变形特征模拟与控制技术

对深部倾斜岩层巷道存在的变形不对称和采用对称支护方式不能有效控制围岩变形的问题,在巷道围岩受力分析的基础上,结合曲江煤矿工程实践运用离散有限元模拟软件UDEC建立深部倾斜岩层巷道受力模型,对模型进行掘巷后不支护和采用传统方式支护的数值模拟.根据现场变形和模拟结果,提出采用非对称强化支护结合全断面锚索支护扩大围岩应力承载圈来保证巷道稳定,并对改进后支护方案进行数值模拟,数值模拟和现场工程实践均表明改进后支护方案能够有效地减小巷道围岩变形.