高应力区软岩蠕变态巷道大断面强支护技术的探索

针对平顶山股份六矿-440大巷围岩软弱地质特征、巷道大变形机理，研究出相应的围岩控制方案，进行蠕变态巷道的破坏控制研究。提高围岩的整体性和自身的承载能力，从而提高破碎区中锚杆、锚索地锚固力，进而控制巷道较大变形。有效地提高了巷道的支护强度，延长了巷道的服务年限，降低了巷道的失修率，为矿井实现高产高效创造了条件。     

深部开采巷道软弱围岩塑性区和剪裂区研究

考虑开挖二次应力场对圆形巷道软弱围岩的实际影响,基于双剪统一强度理论及力学原理,探讨了深部圆形巷道围岩塑性区应力及范围.考虑矿体回采爆破振动,对巷道软弱围岩弹性区域内产生的剪裂区应力进行了研究.最后,利用莫尔-库伦强度理论,推导了深部矿体回采爆破时巷道软弱围岩剪裂区范围,并对它进行了分析.     

基于蠕变终止轨迹的巷道围岩粘弹塑性分析

引入稳定巷道围岩中的峰值应力为一定围压下围岩的长期强度的观点,将巷道围岩分为弹、塑性区;考虑围岩流变、塑性扩容及中间主应力的影响,基于Drucker-Prager准则对圆形巷道围岩的弹塑性进行了分析,推导出相应的应力、位移及塑性区半径的解析解;考虑岩体特征值(E,μ)与时间和应力有关,基于西原模型采用Laplace变换法对所得结果进行了修正,得到围岩粘弹性位移解;在相关文献试验基础上,进行了实例计算并与ABAQUS模拟结果对比。结果表明:围岩流变特性对巷道变形及塑性区的扩展具有重要影响,以一定围压下围岩的长期强度为巷道围岩应力峰值,能够在一定程度上反映围岩流变特性对巷道围岩变形的影响,符合工程实际;粘弹性位移与数值模拟解吻合较好。本研究对巷道长期稳定性理论及地下巷道支护具有一定的参考意义。     

巷道围岩控制的波动性平衡理论

运用岩石力学的基本理论分析了巷道围岩的变形、强度特性以及支护力作用下围岩各变形区的应力分布特征,首次提出了涵盖巷道围岩-支护相互作用全过程的波动性平衡理论,为巷道围岩尤其是具有较大松动变形区的巷道围岩控制提供了理论依据。     

锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学计算与应用

从弹塑性力学计算出发，用锚杆两端对围岩体内锚固区施加的两组夹紧力来考虑锚杆支护对巷道围岩应力状态改变的影响；而描述锚固围岩体力学性质的粘结力和内摩擦角并未改变，建立了锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学模型。通过计算，得到了不同锚杆支护强度和锚固区半径下的围岩应力及塑性区半径的理论计算公式；分析了锚杆支护巷道的围岩应力分布及塑性区变化趋势。并在井下巷道的锚杆支护参数选定中进行了实际应用，锚杆支护弹塑性力学计算的解析解在理论上为锚杆麦护的董化设计提供了依据．     

平顶巷道锚杆支护机理的数值模拟

以现有锚杆支护理论为基础,利用ANSYS软件,通过模拟锚杆支护对顶板离层的影响和锚杆支护对巷道周边围岩强度影响,揭示了巷道锚杆支护作用的力学机理,得出锚杆支护可以有效地减小和限制直接顶的下沉和离层并能够阻止巷道周边围岩的变形,并使得锚固体的弹性模量有较大的提高,从而提高巷道周边的围岩强度,达到支护的目的.研究结果进一步验证了现有锚杆支护的部分理论,并且对锚杆支护工程提供了重要的理论依据.     

平顶巷道锚杆支护机理的数值模拟

以现有锚杆支护理论为基础,利用ANSYS软件,通过模拟锚杆支护对顶板离层的影响和锚杆支护对巷道周边围岩强度影响,揭示了巷道锚杆支护作用的力学机理,得出锚杆支护可以有效地减小和限制直接顶的下沉和离层并能够阻止巷道周边围岩的变形,并使得锚固体的弹性模量有较大的提高,从而提高巷道周边的围岩强度,达到支护的目的.研究结果进一步验证了现有锚杆支护的部分理论,并且对锚杆支护工程提供了重要的理论依据.     

深井水平薄层顶板巷道支护原则及控制技术

针对深井巷道围岩变形特征和破坏特点所进行分析和研究,分析了深井水平薄层顶板巷道围岩强化控制技术原理:锚杆支护对巷道围岩应力场优化、围岩体强度强化以及围岩承载结构协调化,提出了相应的失稳变形控制对策。     

盘江矿区回采巷道围岩特征实验研究

为进一步揭示盘江矿区回采巷道围岩变形机理，采集矿区范围内三对典型矿井回采巷道围岩煤岩样进行了点载荷、坚固性系数测定、矿物成分分析、耐崩解指数测定、水理特性等一系列围岩特征实验研究。结果表明：盘江矿区回采巷道顶底板岩层多为泥岩、泥质粉砂岩等软弱岩层，天然状态下抗拉强度、抗压强度及抗剪强度分别低至0.32 MPa、6.34 MPa及0.77 MPa,且煤的坚固性系数仅为0.50～0.86,矿区内回采巷道围岩软岩特征明显；围岩矿物成分以石英为主，但高岭石、钠长石等黏土矿物含量较高，遇水极易膨胀，裂隙及节理发育，围岩强度大幅度降低；围岩抵抗软化和崩解作用的能力较差，其中底板泥岩的耐崩解性指数低至8.70%。研究结论可为盘江矿区回采巷道围岩控制方案的制定提供科学依据和理论指导。     

高位复合顶板巷道锚杆锚索耦合支护研究

针对高位复合顶板围岩强度低而差异大、层间粘结力弱且易离层冒落等特点,结合离石矿4303工作面巷道实例,在实验室围岩特性分析的基础上,采用FLAC3D对该类巷道顶板破坏特征、锚杆锚索耦合加固机理进行了数值计算,并对在掘巷道围岩变形、锚杆(索)工作载荷进行了实测分析。研究表明,有效控制该类顶板应及时支护巷道围岩,利用锚索加大锚固范围,采用钢带网提高低位岩层的支护刚度,布置斜拉锚索和斜角锚杆提高巷道顶角部综合强度。     

巷道锚喷补偿收缩钢纤维砼支护结构数值分析

巷道支护结构稳定是煤矿安全生产的前提,结合巷道混凝土破坏特征和混凝土材料复合增强原理,提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土作为支护材料。以朱集矿-965水平轨道大巷为工况,采用ANSYS数值软件对巷道锚杆-喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护结构的稳定性进行数值分析。考虑围岩作用下锚杆与喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护体系建立三维有限元模型。采用弹塑性D-P本构模型进行计算,得出围岩-支护结构体系下围岩的应力场、位移场、塑性区以及支护内力的分布规律。通过荷载步设置探讨巷道开挖对围岩稳定性的影响,以及支护结构的受力特征,找出巷道支护结构的"危险点"和围岩的应力集中区。提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土的支护措施。通过工业性试验验证了该支护结构体系能够有效地改善和提高支护结构的稳定性。     

地下硐室围岩结构稳定性特点研究

采用数值模拟方法建立地下硐室模型，研究围岩结构稳定性特点，通过先进物探手段（探地雷达）实测结果的验证，得出地下硐室围岩塑性区的形成具有严格的时间性和一致的规律性，且围岩破碎区发育具有结构特点。     

加固顶板和两帮控制回采巷道底臌研究

回采巷道围岩是由顶板、两帮和底板共同组成的复合结构体,各部位的岩体强度、应力状态及变形破坏等特性方面的差异显著,尤其受采动影响后,巷道围岩各部位变形发展不均匀性显著,往往造成巷道围岩产生结构性失稳破坏。为提高巷道围岩的结构稳定性,通过理论分析和数值模拟分析了提高顶板和两帮强度对底板岩层稳定性的影响。研究结果表明:加固顶板减小了顶板挠曲位移量,同时可以促使围岩应力向深部围岩转移,降低了底板岩层的应力集中程度,有利于控制底板变形;加固两帮可以提高巷道两帮围岩强度,促使应力向两帮转移,有利于减小发生底鼓的底板岩层宽度和两帮移近量,从而减小底板的挠曲效应和压曲效应。分析结果还表明,加强两帮对于减小底鼓量的效果更为明显。在上述分析的基础上,进行了加固顶板和两帮控制巷道底鼓支护技术的现场工业性试验,试验结果表明加固顶板和两帮可有效地控制巷道底鼓。     

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。     

破碎岩体巷道非对称破坏与变形规律定量预计与评价

在综合分析区域地质(震)特征、岩体空间变异性特征、开采技术条件和支护模式的基础上,利用FLAC3D程序,定量评价了破碎岩体巷道非对称破坏与变形特征.与现场监测对比分析表明,顶部破碎岩层深度、劣化后的岩体强度以及支护模式的合理性等对巷道岩体破坏的影响比较显著,锚杆(索)将破碎岩体与深层稳定岩体承接起来共同控制结构稳定性,从而进一步验证了计算模型的正确性和可行性.工程实践表明,加固后完整稳定顶部岩体与两帮煤体共同控制了非对称载荷作用和煤壁力学强度的劣化,减少了非对称变形、煤壁挤压及滑落失稳,进而有效遏制冒顶的发生.     

巷道围岩注浆加固体性能实验

介绍注浆加固前后破裂岩块的力学性能试验,结果表明注浆可以提高破裂岩块的残余强度,同时改善其侧向变形和径向变形的协调性能,从而在较大变形范围内保持稳定的承载能力,并有利于形成承载结构。试验结果进一步揭示了巷道围岩注浆加固机理。     

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。     

地下钢筋混凝土岔管围岩稳定及结构数值分析

以国内某抽水蓄能电站的钢筋混凝土岔管工程为例,从围岩开挖支护、围岩与衬砌相互作用和钢筋混凝土结构等方提出了围岩、混凝土等材料的数值模拟方法,通过三维有限元线性和非线性计算,分析研究了地下钢筋混凝土岔管在施工、运行等工况下,围岩、衬砌结构的应力与变形,以及混凝土岔管结构配筋和配筋后应力、裂缝开展等问题.结果表明：在开挖阶段由于地应力释放在主、岔洞交叉处会产生拉应力,塑性区开展较深;正常运行工况在内水压力作用下岔管结构大部分区域存在拉应力,裂缝较大;检修工况在外水压力作用下仅在主、岔管交叉处存在拉应力区,裂缝较小;结构配筋时,轴向配筋应该由外水作用的工况来控制,环向配筋由内水作用为主的工况来控制.     

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.     

强采动巷道断顶卸压稳定性控制机理及应用

为解决强采动条件下巷道大变形难题,以新上海一号矿1806N工作面辅运顺槽为工程背景,采用实地勘探、理论分析、数值模拟的方法分析强采动巷道变形破坏原因及围岩大变形机理,提出相应的控制对策进行现场工业性试验。研究发现：1806N工作面辅运顺槽大变形主要影响因素为岩石强度低、节理裂隙发育、完整性差、顶板富水严重、围岩遇水泥化,强采动高集中应力。基于围岩大变形断顶控制机理,形成辅运顺槽深部爆破定向预裂断顶结合补强加固的设计方案。借助数值模拟对断顶及未断顶巷道应力变化规律进行对比分析,断顶巷道端头最大垂直应力14.6 MPa,断顶后巷道端头最大垂直应力12.5 MPa,断顶后端头处垂直应力减小14%,断顶具有一定切断应力传递及减小巷道收缩的效果。开展现场工业性试验,断顶后端头顶底板位移减小37%,两帮变形减小19%,底臌发育长度减小92%,结果表明断顶可有效减少端头巷道变形以及超前底臌发育长度和高度,可为相似工程地质条件巷道建设提供参考。