采矿巷道的开挖变形及支护效果研究

对某铁矿采区水平巷道建立有限元模型,模拟了巷道开挖后围岩应力、应变变化状况,分析了围岩变形机理,并使用收敛观测法监测采区水平巷道开挖后的周边位移变化情况,验证巷道变形机理的数值模拟结论.最后对支护效果进行了模拟,并以此为依据对支护参数设计提出了优化建议.     

大断面软岩巷道稳定性研究与控制

针对阳煤五矿五采区南回风巷围岩强度较低、巷道稳定性较差等问题,通过FLAC~(3D)数值模拟,分析不同岩性巷道开挖后的应力规律与塑性区分布,研究大断面软岩巷道的变形机理,并对巷道原有支护方案进行优化。由试验巷道现场监测结果可知,优化方案可有效控制试验巷道变形,巷道的整体稳定得到有效保障。     

北峙峪煤业大断面巷道分步开挖及围岩控制技术研究

针对北峙峪煤业15号煤层一采区胶带巷在原有掘进工艺及支护方式下围岩变形量大的问题,通过数值模拟分析巷道采用不同掘进工艺时围岩位移及塑性区的分布状态,确定巷道采用分步开挖进行掘进作业,将模拟结果与工作面具体地质条件相结合对支护方案进行了优化设计。监测结果表明:优化后的掘进工艺及支护方案实施后,顶板下沉量为17 mm,两帮移近量为37 mm,保障了巷道围岩的稳定。     

娘姆特煤矿首采工作面运输平巷支护方案数值模拟

娘姆特煤矿首采综放工作面布置在一水平二采区第二区段煤20中,为检验运输平巷支护设计方案的合理性和支护效果,采用FLAC3D数值模拟软件对巷道开挖后未及时支护和采用支护方案支护、巷道围岩的塑性破坏特征、应力分布变化特征及顶板和两帮位移变形特征进行了数值模拟对比分析。结果显示采用支护方案支护后巷道围岩的塑性破坏区域明显减小。     

深部水浸巷道支护设备优化研究

桃园煤矿Ⅱ1采区边界上山遇水浸泡后致使巷道围岩变形严重,难以保证巷道的稳定和安全。运用理论分析、数值模拟和现场监测等方法,研究分析了深部水浸巷道围岩变形破坏特征和支护设备的选择优化,并进行了现场应用。结果表明:所选取的锚杆+锚索+注浆锚杆支护设备应用于桃园煤矿Ⅱ1采区边界上山的支护,可以有效地控制巷道围岩的变形量,巷道的长期稳定及安全得到了保障。     

弱胶结软岩巷道围岩稳定性研究

内蒙古鲁新煤矿地处内蒙古中东部,围岩主要为砂质泥岩,其典型特征为胶结性差、抗压强度低、软化性强,该类型围岩在陕蒙地区煤矿建设有典型性。为了评判开挖后巷道围岩的稳定性及支护体系的长期安全,需要确定围岩岩体力学参数和初始应力场。首先运用通过多种现代室内实验和原位测量方法,确定该地区软岩物理力学参数和初始应力场分布。然后根据现场初始地应力的实测值模拟分析巷道开挖后产生的围岩位移,巷道开挖完成后的围岩位移的实际监测结果与模拟位移值的一致性表明,试验确定的围岩物理力学参数和初始应力场分布与实际情况是相符,可为后续巷道、采区的合理化布置与支护结构设计提供基础数据,有效地指导了巷道开挖施工。     

不同最大水平主应力方向下巷道的锚杆支护技术研究

根据李雅庄矿六采区3个测站的地质力学测试结果,计算得出六采区主要回采巷道的轴线与最大水平主应力的夹角为32°,47°和59°;利用数值模拟的方法分析了上述3种最大水平主应力方向下巷道围岩应力与变形特征;分别提出了锚杆支护方法;根据井下监测资料分析了巷道的变形和破坏情况。结果表明通过合理的锚杆、锚索支护可满足不同水平主应力方向下巷道的支护要求。     

巷道围岩二次应力状态弹性阶段的试验研究

为了实现对巷道开挖卸荷过程中真实加、卸载过程的模拟,掌握巷道(隧道)围岩在开挖卸荷条件下的变形规律及破坏机制,采用具有自主知识产权的巷道围岩开挖卸荷模型试验系统,对有机玻璃围岩试件进行开挖卸荷条件下巷道围岩二次应力状态弹性阶段的模拟试验,并与已成熟的巷道围岩二次应力状态弹性阶段的理论解析进行对比分析.试验过程中监测到围岩试件的变形朝向洞内,试件内侧的变形要大于外侧,即离洞壁越近,围岩变形越大,且整个变形过程呈现弹性特征.对比围岩试件的卸荷应变试验值与所求得的理论值,分析结果表明,试验结果可以与理论值很好地对应,且变化趋势相同,理论值稍大于试验值,从而验证了所构建试验系统的性能稳定性及试验模拟方法的可行性.目前的巷道围岩弹性理论的求解是可以验证的.     

基于ABAQUS数值模拟的采区巷道断面形状优化研究

 选取矩形、梯形、直墙半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、直墙半圆加反拱形6种常用采区巷道断面形状进行数值模拟分析,研究不同巷道断面形状开挖后位移分布,分析表明直墙半圆拱形巷道变形量最小,且加设反拱后对于减少底臌量效果明显。选取矩形和直墙半圆拱形断面作为代表断面,分析不同埋深H及侧压力系数λ对采区巷道变形特征、围岩应力影响。在此类围岩条件下,当采区巷道埋深小于400 m、侧压力系数小于1.6时,矩形巷道和直墙半圆拱形巷道围岩变形量差距较小,此时可以选择矩形巷道断面以满足经济性要求。     

深部矿井工作面矿压显现规律研究

掌握深井巷道围岩压力和围岩变形特征对巷道围岩的支护形式选择与支护参数的设计具有重要意义。以淮沪煤电公司丁集煤矿1141(3)首采工作面为背景,通过现场观测、FLAC3D数值模拟等手段,分析了该面来压步距、煤体支承压力分布及巷道围岩变形特征,为该采区相邻工作面的合理布置、开挖和巷道支护提供有力参考。     

无煤柱沿空掘巷技术在永夏矿区的应用

针对永夏矿区城郊煤矿十四辅助采区轨道巷完全沿空掘进围岩控制问题,分析了无煤柱沿空掘巷在资源采出率、围岩应力环境、施工效率等方面的优越性。通过建立完全沿空掘巷围岩力学模型,较为详细的分析了中厚煤层无煤柱沿空掘巷围岩应力分布规律、上覆岩层的赋存状态,总结了完全沿空掘巷围岩的变形特征,并提出无煤柱完全沿空掘巷围岩控制需要解决的关键问题。有针对性地制定了围岩控制方案,顶板采用“锚网梯+锚索补强”、沿空侧帮部通过“留设薄煤皮+打设29U型钢棚柱”、实体煤侧帮部采用“锚网帯+锚索补强”的联合支护技术方案。现场施工后设置矿压观测站,对无煤柱沿空掘巷围岩控制技术实施效果进行了跟踪监测。观测结果显示,巷道施工后顶板离层量及顶帮变形量较留设煤柱施工大幅减少,验证了技术方案的有效性。     

浅埋隧道施工围岩变形及结构内力监测分析

结合VI级围岩浅埋偏压隧道CRD法开挖施工特点,布设了变形观测元件及应力观测元件,对施工过程中围岩变形及结构内力进行了监测和分析.变形测试结果说明CRD法各分部施工相互影响明显,隧道内侧围岩压力普遍大于外侧围岩压力,并且随着其他分部的施工具有明显加大的趋势.内力监测结果表明钢支撑轴力主要为压应力,并且拱腰位置轴力稍大于其他部位.测试结果分析表明,合理的工序应该是先山体外侧开挖并施工初期支护,然后山体内侧开挖施工.     

软岩巷道监测设计与应用研究

随着易采资源的日益枯竭,矿山开采逐渐向不良围岩及深部等区域发展。以软岩区域矿山开采为例,由于软岩巷道变形快,稳定性差,因此,为了确保软岩区域巷道的施工安全,针对软岩区域开挖后的应力变化和巷道变形问题,设计了基于JTM-V2000B型压力计和VWM型振弦式多点位移计的监测方案,应结合巷道围岩的实际情况,重点监测稳定性差的特殊区域。将方案应用于某河床下铝土矿页岩巷道的施工监测,现场监测数据反映了软岩巷道开挖后的应力和位移变化趋势,软岩较大的塑性变形使地应力逐渐向围岩内部转移,同时也导致巷道断面缩小。应力和位移的监测结果可以指导巷道支护设计和支护时机确定。     

地下掘进巷道富水破碎围岩锚杆支护参数优化

针对矿山掘进巷道富水破碎区支护方案不合理,出现冒顶、片帮等问题,以1 660 m水平YM-Ⅱ巷道迎头大理岩破碎区为工程背景,进行巷道支护参数优化研究。为了合理有效地支护巷道和降低支护成本,结合现场实际建立巷道模型,采用正交试验设计的支护方案,利用FLAC^3D数值模拟软件模拟计算,通过模拟结果对比分析巷道围岩的稳定性。结果表明：锚杆长度主要影响巷道围岩变形量,锚杆间排距主要影响是巷道围岩破坏情况;最优支护方案为锚杆直径40 mm、长度1.8 m、间排距0.9 m×0.9 m,可减少巷道围岩位移量70.77%、塑性区体积63.91%、垂直应力12.96%,有效控制巷道围岩稳定性,为矿山安全生产提供保证。研究结果可为富水破碎区围岩巷道支护设计和地压治理提供参考。     

深井巷道围岩松动圈现场测试及支护方案优化

巷道开挖后围岩应力重新分布,当应力大于煤岩体的极限应力时,巷道周边一定范围的煤岩体就会发生变形破坏,围岩将破碎产生裂隙进而形成松动圈。松动圈的大小与围岩强度、原岩应力大小、巷道断面、巷道掘进与支护等多种因素有关。在分析探地雷达松动圈探测机理的基础上,对轨道顺槽巷道不同断面位置进行了围岩松动圈探测,巷道围岩松动圈范围在1.1~1.6 m,并根据测试结果对巷道的支护方案进行了优化。     

矿山隧道掘进围岩稳定性动态监测研究

在考虑矿区隧道围岩级别的同时,以矿区地质力学特征为基础,采用对数螺线法对矿山隧道掘进围岩稳定性进行分析,以隧道围岩沉降、位移与埋深的关系为研究对象,进行了矿山隧道掘进围岩稳定性动态监测验证。结果表明: 侧壁、底部沉降与埋深呈线性关系; 侧壁、底部位移与埋深呈线性关系; 矿区隧道掘进过程中可通过降低沉降或减少位移来增加围岩稳定性。     

木瓜矿近距离煤层采空区下巷道支护技术应用

针对木瓜煤矿近距离煤层采空区下巷道支护问题,本文以10-102工作面为工程背景,通过对巷道围岩应力测试和煤岩层可锚性分析,选定了巷道支护的相关参数,并通过借助FLAC3D软件对巷道开挖、支护后的巷道围岩应力、应变情况进行模拟,验证支护方式的合理性。对巷道掘进与工作面回采期间的巷道变形、锚杆锚索受力状况进行监测,结果表明,采用锚杆树脂加长锚固锚索网联合支护,可以满足近距离煤层采空区下巷道安全掘进和采煤工作面安全、高效回采的要求。     

不同围压巷道开挖应力场演化规律模拟试验研究

在实验室利用自制模具对模型边界进行约束,采用微机控制电液伺服万能试验机进行加载,采取卸除前约束板模拟煤矿井下煤层巷道开挖,得出了不同应力煤层开挖前后轴向应力变化特征,探讨了低应力、中等应力、高应力条件下巷道围岩开挖前后的应力场变化特征。研究结果表明:在低应力条件下,模型开挖造成应力的重新分布,在开挖面附近形成拉应力区,但模型内应力值较小,整体处于弹性状态,围岩抗开挖扰动能力较强;在中等应力条件下,模型开挖造成围岩浅部拉应力区进一步加大,岩体接近或达到屈服状态,围岩受开挖扰动比较强烈,开挖后应力场开始呈现"拉—压—拉"交替现象;在高应力条件下,围岩出现明显的塑性破坏,模型内部整体处于受拉状态。受到开挖扰动,围岩表面迅速恢复到受压状态,并再次向深部转移,形成明显的动态"拉—压—拉—压"交替现象,围岩破坏深度大、抗扰动能力差,呈现深部开采特征。     

断层带软弱围岩变形特征及支护优化研究

断层附近软弱围岩变形特征的研究对于巷道支护优化和防止围岩大变形具有重要意义。本文以河南城郊煤矿为工程背景,对二水平西翼轨道大巷在掘进过程中断层带围岩表面位移、顶板离层、围岩松动圈分布进行了现场监测。结果表明:在巷道掘进卸压作用持续影响下,断层构造应力逐渐减弱,巷道变形速度随着掘进面的推进先增大后减小,断层带内巷道变形的主要作用力来自断层构造应力;深部围岩受断层构造的影响较大,裂隙较为发育,顶板处于不稳定状态,浅部围岩由于巷道开掘卸压离层量较小。断层附近松动圈受断层构造作用较大,围岩顶板出现大松动圈。本文结合地质条件和现场监测结果提出了U形钢与锚网索相互配合的支护优化方案。     

倾斜层状围岩变形规律的相似模拟研究

为研究倾斜层状围岩薄矿体在开采过程中上覆岩层的变形破坏规律,以永昌铅锌矿矿体为物理试验模型,通过相似模拟材料试验建立二维地质模型,对在倾斜层状围岩条件下,薄矿体地下开挖后覆岩的变形破坏特征、力学特性和破坏过程进行研究。结果表明,顶板受第一次与第二次开挖影响最大,随着不断地开挖,沿着开挖方向的矿壁不断地变为间隔矿柱,每两次矿体开挖之间水平位移的方向均会发生一次反转;位于矿柱上方的围岩沉降值较小;覆岩水平变形与下沉的方向均指向采空区中心偏下区域;层状岩体易引起弯曲折断破坏;采场覆岩相对下沉增量和水平相对位移增量单调递减。