基于离散元方法的深部巷道层状围岩稳定特性研究

采用块体离散元方法UDEC,通过细观参数校核及无支护状态的宏观物理-数值模型对比,建立了深部层状围岩巷道模型,分析了4种支护方式对深部巷道层状围岩体承载特性及变形破坏特征的影响。在块体离散元巷道模型基础上,为进一步研究深部矩形巷道层状围岩体承载能力,通过监测模型内部的应力、塑性区分布及顶底板和两帮位移,对不同支护方式的压力拱成拱特性进行了分析。研究结果表明：不同支护方式下深部巷道顶底板及两帮围岩均出现了应力集中区,采用锚杆+锚索+喷射混凝土+工字钢支护后巷道表面收敛程度及围岩的位移均最小,支护效果最明显,对围岩的控制效果最好。研究结果可为实际工程中的矩形巷道层状围岩稳定性控制提供参考。     

深部厚煤层巷道失稳破裂演化过程离散元模拟研究

为研究深部厚煤层巷道围岩失稳破裂演化过程,以某煤矿厚煤层巷道为工程背景,采用离散元中随机分布三角形单元块体集合模型研究巷道开挖失稳。对深部厚煤层巷道围岩失稳破裂过程中位移、应力演化规律分析发现:两帮围岩水平应力释放相对于顶底板剧烈,竖向应力反之;围岩竖向应力释放的主要部位是巷道中部。结果表明,深部厚煤层巷道失稳破裂演化的2个主要特征为:1)顶板出现"尖顶型"垮冒,巷中是围岩失稳的关键部位;2)顶底板离层破坏严重。并对其相应机制进行分析:顶底煤岩松散破碎,自稳能力差,顶底板径向应力释放相对剧烈,巷道矩形断面顶、底板受力能力差等因素,导致围岩顶底板离层变形。基于深部厚煤层巷道失稳破裂的演化规律,给出锚索悬吊组合支护方式,结果表明该支护方式可有效地控制厚煤层巷道变形。     

大断面强力锚网索支护技术的研究及应用

常村煤矿21220工作面运输巷埋深大、围岩应力大,受掘进及回采动压影响巷道支护困难。通过研究巷道围岩变形破坏机理、采用耦合支护理论及深部煤巷控制技术,提出了强力锚网(索)大棚距支护控制新支护技术方案。应用结果表明:巷道顶板最大位移量为100 mm,底板最大位移量为400 mm,两帮最大位移量为450 mm。巷道顶底板及两帮位移量较原支护体有明显减少,新支护技术能够充分发挥围岩的主动支护能力,提高了围岩的整体承载能力,巷道围岩变形得到了有效控制。     

深部煤巷开掘断面优化的数值模拟研究

从深部煤巷的赋存条件为入手,测试分析了刘庄煤矿深部煤巷的围岩力学特性,比较了直墙三心拱、矩形、直墙拱3种断面的围岩稳定性,从塑性区、垂直位移及垂直应力分布分析得到,当巷道为三心拱、直墙拱、矩形时,巷道顶板塑性区为1.5、2.5、1.5 m,底板塑性区宽度为1、1.5、1m,两帮塑性区宽度1、2、1.5 m;垂直应力分别为21、 21.7、22.2 MPa;顶底板移近量分别为40.8、85、100 mm,综合分析得到深部煤巷开掘为直墙三心拱形断面最为有利,为类似条件巷道开掘断面优化提供了借鉴.     

巷道局部弱支护围岩应力场及稳定性分析

基于圆形巷道局部弱支护力学模型,用自然边界元法推导出围岩内应力函数的边界积分公式,对比分析了底板不支护、底板局部弱支护、巷道全周边弱支护、巷道全周边均匀强支护时围岩内应力随角度的变化规律.采用Burger-creep模型,利用FLAC软件模拟分析了深部弱支护巷道边界位移的蠕变规律、围岩塑性区的分布规律等.研究表明:巷道全周边弱支护时,顶、底及两帮破坏并发,初始阶段两帮蠕变速度最快.巷道局部弱支护时,在弱支护范围的两侧出现水平及垂直位移集中现象,围岩从弱支护部位鼓出.底板局部未支护时,底板破坏严重、底鼓量是全周边弱支护时的5倍,塑性区不断向两帮及顶板延伸;底板不支护或弱支护时,通过顶板强支护并不能抑制底鼓现象.研究巷道局部弱支护现象及其发展过程,对于完善巷道支护设计,有针对性地改进支护结构,具有指导意义.     

软岩巷道围岩控制数值模拟

赵固二矿软岩巷道变形严重,采用数值模拟软件FLAC3D,对工钢棚+喷浆+注浆支护下的巷道围岩应力、位移特征和塑性区范围进行了计算分析。结果表明,随着侧压系数地增大,围岩位移、应力和塑性区范围都有增大的趋势,且塑性区由巷道两帮向顶底板转移。现场试验结果表明,采用工钢棚+喷浆+注浆支护,巷道两帮移近量和顶板下沉量分别为145和112 mm,围岩控制效果较好,为类似条件下的巷道支护提供了参考依据。     

残煤复采区域破碎软岩巷道变形机理及控制

为了探讨残煤复采区域松软破碎巷道合理的控制方法,以山西梅园许村煤业2#煤层集中轨道巷为研究对象,采用现场调查、数值模拟和理论分析方法,提出了"散体-块体"结构模型,探讨了残煤复采条件下巷道变形机理、围岩控制原则及支护参数,通过理论计算及工业试验对该支护进行了评价。研究结果表明:初次回采后再生顶板可近似为"散体-块体"结构模型;顶板块体易发生剪切滑移和脱落,表现为巷道顶底板易成为破坏失稳的关键部位,使两帮承受更大载荷而发生片帮破坏;巷道支护破坏的根本原因是支护体和围岩的强度和刚度不耦合。现场工业试验表明,在支护完成60d之后,巷道围岩的变形趋于稳定,两帮移近量最大为220mm,顶底板移进量最大为540mm。该支护方式有效地解决了残煤复采后松软破碎围岩巷道的支护问题。     

深埋大断面软岩巷道锚网索支护在某矿的试验及应用

以某矿3采区运输下山深埋软岩大断面巷道为工程背景,开展了锚网索支护设计,并利用FLAC数值模拟分析了巷道围岩应力、位移、塑性区等特征及支护效果。数值模拟结果表明:锚网索支护时顶底板应力为0~16 MPa,两帮应力为16~24 MPa、应力峰值为24 MPa;顶底板和两帮变形量分别为110、31 mm;塑性区基本位于锚固区域内,围岩整体控制效果较好。现场试验监测结果表明,巷道顶底板和两帮变形量为117、54 mm,围岩整体变形量较小,支护效果良好,验证了支护设计的可靠性与数值计算的合理性。     

矩形巷道围岩稳定性数值模拟研究

为分析矩形巷道围岩应力与变形的分布规律,利用FLAC3D数值模拟软件对矩形巷道围岩的稳定性进行了模拟分析,并给出了矩形巷道支护建议。研究结果表明,矩形巷道顶、底板主要为拉伸破坏,两帮主要为剪切破坏,且顶、底板破坏深度大于两帮,运用锚杆支护能较好地解决矩形巷道的支护问题。     

玲珑金矿高应力巷道支护后位移规律分析

山东黄金集团玲珑金矿的深部开拓巷道,地应力越来越大,采用锚喷网+U型钢+底部铺设混凝土支护方式,不但确保了围岩的固有强度,通过应力释放,岩体的承载能力得到充分发挥,巷道的顶板及两帮位移都得到很好的控制,巷道底板采用混凝土封底后,在巷道的内侧形成一个封闭的整体支护结构,对抑制围岩的变形起到显著的效果     

地下矿山大断面软弱围岩硐室变形机制与支护方法研究

大断面破碎软弱围岩硐室的支护一直是地下矿山开采的难题。基于此,本文以贵州烂泥沟金矿硐室大变形为工程背景,通过现场实测资料、采用理论计算和地质环境分析,揭示了底板和两帮变形机理:巷道在垂直及水平高应力作用下,呈现由两组优势节理组成的菱状空间破裂特征,在采动爆破震动影响下,围岩应力二次分配,使塑性区持续向深部拓展,降低了支护锚固力效果,从而导致围岩变形严重。基于支护理论,本文提出了顶板采用补强锚索+注浆+喷锚网,两帮采用补强树脂锚杆+锚索+壁厚注浆+喷锚网,底板采用反拱+注浆的联合支护方式。现场实测表明,这种联合支护方式与原始支护方式相比,对硐室长期稳定性控制具有良好效果。该研究可为深部复杂地质条件下的巷道变形加固提供借鉴。     

煤矿深井高应力巷道支护技术应用

同煤集团某矿井属于深井开采,井巷常处于高地应力软岩环境,传统的棚式支护、低预应力低强度锚杆支护以及被动支护方式已经不能满足支护需求,需合理确定主动型联合支护方式。以某深井高应力巷道支护为研究对象,在研究地应力状态、围岩强度、岩石成分的前提下,通过数值模拟方式确定井巷最佳支护方案,选择高预应力高强度高刚度锚杆锚索联合的方式控制深部井巷围岩的稳定性。进行全面的顶底板、两帮的位移监测后发现,该支护方案下巷道整体变形量减少,两帮移近变形呈稳定状态的时间提前,明显改善了巷道顶底板变形状况,起到良好的支护效果。     

高应力回采巷道变形特征及数值模拟

以陕西彬长文家坡矿4106运输巷为工程研究背景，结合室内岩石力学实验、FLAC^3D数值模拟、工程试验等多种研究方法，基于围岩工程力学理论，研究了支护参数优化后确定间排距下的巷道围岩应力、应变以及巷道位移量情况，并分析了支护及锚固效果。结果表明，应力增高区均发生在巷道肩窝和底脚，应力降低区则出现在巷道顶底板及两帮；竖直方向巷道最大位移量为6.46 mm,水平方向为3.62 mm,分别出现在巷道正中央和中下部；顶底板闭合量和两帮收敛量均较小，均在可控范围之内，优化后支护参数能有效控制巷道围岩变形。但是，通过工程效果检验得知，支护参数存在过度支护现象，应该对巷道予以合理性支护处理，充分发挥锚杆(索)主动支护作用。     

大断面巷道围岩控制技术研究

1301工作面两回采巷道为大断面巷道,变形速度快,支护效果不够理想,顶底板和两帮变形速度和位移量都非常大。数值模拟分析了回采巷道围岩变形规律,分析结果表明:随着应力增高系数的增加,煤巷顶板下沉量和两帮移近量加剧,尤其是底板拉应力塑性区较大。巷道宽度一定时,随着巷道高度的增加,顶底板的塑性区保持不变,两帮塑性区增加,采取锚网索优化设计后,巷道围岩变形得到有效控制。     

构造带极不稳定围岩巷道控制技术及其应用

针对林东矿业集团泰来煤矿+1 150 m水平运输大巷受断层破碎带影响造成巷道围岩极不稳定的实际情况,采用现场调研、理论分析和数值模拟等方法相结合的方式对该类巷道围岩的变形破坏进行了调查和分析,并针对构造带围岩极其破碎的特点提出了锚网喷+注浆+顶板锚索的联合支护技术.该技术的支护原理为密集锚杆保持浅部围岩的整体性,注浆粘结强化破碎围岩,高刚度预应力顶板锚索控制围岩的失稳变形.通过数值模拟对巷道顶底板及两帮位移监测结果表明,该方案能够有效地控制围岩的变形破坏,使顶底板及两帮位移明显减小,能够满足矿井正常生产的要求.     

深部大断面巷道围岩注浆加固技术研究与应用

针对深部大断面巷道支护成型后服务期间围岩变形比较严重,巷道顶底板和两帮变形量较大等问题,基于莫尔-库仑准则和力学平衡原理,对巷道围岩注浆改性机理及巷道围岩注浆力学模型进行分析;采用FLAC~(3D)数值模拟方法对比分析了分层掘进、一次见顶见底掘进、注浆加固与未注浆加固,4种交叉支护方法下围岩塑性区、应力场及围岩移近量演化规律。结果表明:注浆加固后巷帮塑性区破坏范围及围岩移近量明显减小,有效控制了巷道围岩变形。定性分析并确定了"分层掘进+滞后高压注浆+强力锚索支护"的矿压控制方案,实际应用结果表明该方法能够有效控制巷道围岩变形,可为深部大断面围岩巷道注浆加固的设计与应用提供借鉴。     

深部暗斜井大变形破坏机理及其控制技术研究

深部软岩巷道常处于“三高一扰动”复杂环境中，其大变形一直是支护难题。针对新元煤矿轨道暗斜井掘进期间大变形问题，实测分析巷道变形破坏特征，建立UDEC数值模型，利用实验室测试结果和GSI法校正模型参数，基于“应力弱化系数”指标，反演巷道围岩变形及裂隙分布特征，揭示巷道变形破坏机理。研究结果表明：剪切裂隙首先出现在巷道围岩表面，而后向深部发育，拉伸裂隙滞后剪切裂隙出现，且分布围岩浅部区域，底板裂隙发育程度高，变形严重。提出“全锚索+反底拱+网喷混凝土”联合支护方案，工程应用结果表明，优化后的支护方案使围岩整体承载能力显著提高，顶底板及两帮最大移近量分别为126 mm、116 mm,有效地控制围岩变形，为类似深部软岩巷道支护设计提供有益参考。     

集中胶带大巷围岩稳定性控制技术验证

为验证集中胶带大巷优化后支护设计的围岩控制效果,在工作面内均匀设置了测站,定期对工作面两帮位移量和巷道顶板位移量进行观测。结果表明,在矿压观测的前9d,巷道的变形增大的相对快;随着监测时间的增加,巷道表面的变形速度开始逐渐减少;矿压观测38 d后,巷道的顶底板变形速度及两帮变形速度开始趋于稳定。但是巷道顶底板的位移量与巷道两帮的位移量都在增大,巷道顶底板总的位移量约255 mm,两帮位移量约150 mm。总的来说巷道围岩变形量都在50d内趋于稳定,有效控制了围岩的变形,满足了安全生产要求。     

深部巷道支护控制技术研究

针对深部巷道围岩的变形破坏特点,分析了巷道围岩变形破坏机理和巷道稳定性特点,提出了巷道围岩的控制技术。利用ANSYS10.0软件对巷道开挖支护前后的围岩应力、位移及塑性区进行了数值模拟分析。模拟结果表明,锚杆锚索联合支护下,x方向两帮围岩应力集中得到有效控制,拉应力消失;y方向拱顶和底板的拉应力也明显减弱,拉裂破坏得到有效控制。锚杆锚索联合支护可有效控制巷道变形,支护效果良好。也为减少深部巷道支护成本、提高深部巷道支护效率提供了参考。     

龙口矿区软岩巷道破碎机理研究与应用

龙口矿区1101材料巷道顶底板破碎、局部冒顶。为探究巷道顶底板岩性,对巷道顶底板岩样进行了常规三轴及短时蠕变试验;为探求最佳支护方式,采用FLAC3D对不同支护形式下巷道位移矢量特征、应力特征及塑性区范围进行计算,选取最佳支护方案并运用于现场支护。结果表明:随围压增大,含油泥岩屈服强度及蠕变系数非线性增加;顶板与两帮收敛速度与位移量降低,巷道围岩稳定性增强,顶板两帮移近量减小,巷道顶板破碎得以改善。