深部巷道全空间协同控制技术及应用

深部巷道支护受地应力和围岩力学特性共同影响,且支护方式多样化。该文系统总结了深部巷道围岩变形破坏的典型特征,提出了深部巷道全空间协同控制技术,其对不同地质条件下深部巷道的支护方式和参数进行针对性优化设计。阐释了全空间协同控制的力学原理:"全空间支护、刚柔协同、让压释能、动态监测、局部加强",其核心是锚网索全空间协同控制,充分发挥围岩的自承能力。对比分析了不同预紧力条件下单体锚索、传统桁架和全空间桁架预应力场差异。研究表明,全空间桁架的最大预应力能比单体锚索提升了35%～40%。模拟分析知围岩黏聚力、内摩擦角和弹性模量为巷道变形主控因素。现场实践表明,全空间协同控制技术能够有效控制不同埋深巷道围岩变形。     

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。     

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。     

煤矿软岩巷道顶底板剪切变形破坏机理

通过石嘴山一矿38区 600 m轨道巷表面收敛监测及变形破坏的研究,总结出了变形破坏特征。以矿山压力假说为前提,对巷道围岩典型破坏特征作出理论推断,建立巷道顶底板的力学模型,并应用关键层理论、块体理论、弹性力学对巷道变形破坏进行理论分析与求解,得出了巷道顶底板发生剪切破坏判定条件,并用FLAC3D数值模拟验证其正确性,为深部巷道支护提供了新的理论依据。     

煤矿软岩巷道顶底板剪切变形破坏机理

通过石嘴山一矿38区＋600m轨道巷表面收敛监测及变形破坏的研究，总结出了变形破坏特征。以矿山压力假说为前提，对巷道围岩典型破坏特征作出理论推断，建立巷道顶底板的力学模型，并应用关键层理论、块体理论、弹性力学对巷道变形破坏进行理论分析与求解，得出了巷道顶底板发生剪切破坏判定条件，并用FIAC加数值模拟验证其正确性，为深部巷道支护提供了新的理论依据。     

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.     

深部巷道初期锚喷支护的非线性数值模拟分析

针对矿井巷道采掘日益加深的现状,根据岩石力学的基本原理,运用ANSYS有限元分析软件,对深部巷道的初期锚喷支护进行非线性数值模拟计算。论文中讨论了支护结构受力情况,分析了支护后围岩的变形与应力分布规律。另外,对巷道初期支护后围岩断面收敛情况进行了数值计算与实测数据的对比分析,并确定出二次支护的最佳时期。结果表明:锚杆与喷射混凝土支护抗变形能力强,可以作为巷道初期支护来控制围岩变形。     

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.     

大变形软岩巷道2次耦合支护参数优化

山东省菏泽市彭庄煤矿西翼-500 m水平行人大巷属于典型中深部软岩巷道,由于支护对策不合理导致围岩变形破坏剧烈。为了得到围岩的变形规律及破坏机制,进行矿压监测、松动圈探测、围岩物理力学参数测试、地应力测试等研究,并提出2次耦合支护方案。为进一步研究2次耦合支护力学机制,对初次支护和2次支护后围岩塑性区与应力分布特点以及初次支护后10~60 d内进行2次支护围岩变形规律进行数值模拟分析。研究结果表明:2次耦合支护能有效控制围岩塑性区的发展,改善应力分布状态,最佳2次支护时间为巷道初次支护后的30~40d。2次耦合支护能有效控制围岩稳定,减小围岩变形,能为类似软岩巷道支护工程提供一定的参考。     

深部软岩巷道支护耦合转化技术研究

通过对深部开采软岩巷道的变形破坏机理的研究,巷道变形破坏主要是由于支护体力学特性与围岩力学特性在强度、刚度以及结构上出现不耦合所造成的;且变形首先从关键部位开始,进而导致整个支护系统的失稳。因此,要保证深部软岩巷道围岩的稳定性,必须实现支护体与围岩的耦合,当锚杆与围岩在刚度上实现耦合时,能最大限度地发挥锚杆对围岩的加固作用;当锚网与围岩在强度上实现耦合时,将会使围岩的应力场和位移场趋于均匀化;当锚索与围岩在结构上耦合时,可以充分利用深部围岩强度来实现对浅部围岩的支护。同时列举了部分复合型想单一型的耦合转化技术,为巷道锚杆耦合支护技术的实施提供了依据。     

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。     

矿井围岩与支护系统复杂性研究

为研究围岩与支护技术问题,对近十年来相关研究工作进行了系统分析,发现围岩与支护是相互作用、相互制约的一个复杂非线性系统。利用力学与非线性系统理论建立了围岩与支护系统的耗散结构模型,论述了围岩熵产生与支护熵流的相互关系。根据信息熵的原理建立了矿井支护可靠熵模型,并与结构可靠性进行对比分析。最后提出深部巷道断面优化设计,降低巷道底角的非线性应力集中状态,实际应用中使巷道底鼓量减少20%以上。     

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。     

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。     

深部巷道围岩在复合应力场中的稳定性数值模拟分析

选用2D-σ有限元计算软件对深部巷道围岩在复合应力场中的稳定性进行了数值分析,着重讨论深 部巷道围岩的变形特征、塑性区发育特征、围岩就力分布特征和围岩破坏机理,提出了合理的支护对策。     

大同煤业股份有限公司燕子山矿8#层围岩及支护参数优化

大同煤业股份有限公司燕子山矿巷道顶板稳定性较好,北翼回风大巷、轨道大巷以及运输大巷顶板是石灰岩,底板是细砂岩,两帮全部为煤层。为了合理评价燕子山矿巷道顶板的稳定性,本项目计划采用现场调研、围岩物理力学性质试验分析、理论分析和数值模拟计算等综合研究方法,来进行燕子山矿巷道顶板稳定性分级,据此来优化燕子山矿巷道支护参数。巷道围岩分类及巷道支护参数优化项目研究工作,是通过北翼回风大巷8#煤围岩微观分析、力学性能试验、北翼回风大巷巷道支护参数的优化设计研究等工作。项目主要研究内容包括:巷道围岩物理力学参数测试与分析、巷道围岩顶板稳定性分级、巷道支护设计理论研究、巷道支护参数的优化设计。总之,本项目以矿山岩石力学、弹性力学等理论为指导,结合理论分析、现场调研、常规力学试验和数值模拟等方法,进行燕子山矿8#煤层巷道围岩稳定性分级及巷道支护参数优化设计。     

冲击载荷作用下巷道支护围岩体系动力响应

为提高深部巷道支护围岩体系的安全性,应用FLAC3D软件分析了井下巷道在冲击载荷作用下的速度响应和应力、位移演化规律,以及冲击波在支护围岩体系中的传播及衰减规律.结果表明:冲击波作用下,巷道两边帮最大水平速度达1.6m/s,U型钢支护使巷道整体支撑能力增强,同时减小了巷道变形.通过数值计算研究冲击载荷对巷道稳定性的影响,有助于进一步认识冲击载荷对深部巷道支护围岩体系作用机理.     

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。     

动力扰动下含软弱夹层巷道围岩力学响应特性

 为了研究动力扰动下有无软弱夹层对巷道围岩稳定性的影响,利用大型通用有限元软件Abaqus 对冬瓜山铜矿深部出矿巷道受到采场爆破作用下围岩的力学响应进行了数值分析并提出支护优化方案。结果表明：由于软弱夹层的存在,巷道拱顶和底板竖向应力波动幅值大于无软弱夹层巷道,底板竖向应力波动幅值变化较明显,而巷道拱顶和底板水平应力波动幅值却小于无软弱夹层;巷道拱顶和两帮的变形明显大于底板,对于无软弱夹层的巷道围岩变形明显大于有软弱夹层巷道,且变形速率较大;离爆炸源越远巷道围岩的应力和变形越小,但变化不明显,并在动力扰动0.15 s 左右后趋于稳定;基于对冬瓜山铜矿现场调查,发现巷道顶板冒落破坏形式,从而提出支护优化方案,使得巷道围岩变形是无支护时的1/3,有效地控制了巷道围岩变形。