块体理论赤平解析法的节理裂隙岩体破坏预测分析

杏山铁矿区域的节理裂隙比较发育,且具有F9断层等大构造,分析巷道开挖围岩稳定性非常必要.在区域工程地质条件和结构面调查研究基础上,运用块体理论赤平解析法分析了巷道开挖面在F9断层、优势节理面J1和J2的影响下形成的可动块体,并对可动块体的滑动形式进行了研究.可动块体及滑动形式的研究,为巷道围岩失稳预测及其支护提供了理论...     

基于块体理论的大倾角节理巷道支护角度优化

为解决节理巷道支护设计对结构面产状及块体破坏特点考虑不足的问题,采用块体理论赤平投影法及3DEC数值模拟方法,考虑结构面及块体因素影响,对大倾角节理巷道支护方案做局部支护角度优化。结果表明:局部支护角度优化后,块体Ⅰ附近锚索最大轴力降低29.58%,块体最大位移降低了21.43%;块体Ⅱ附近锚索最大轴力降低了48.38%,块体最大位移降低了25.74%。通过对关键块体局部锚杆(索)支护角度的优化,关键块体稳定性提高,锚杆(索)受力状态得到改善,有效提高了锚固安全性能。     

巷道复合顶板离层的影响因素敏感性分析

为分析各种因素对复合顶板离层的影响程度,选用原岩应力、巷道宽度、复合顶板岩性、复合顶板厚度及结构面黏结力和内摩擦角6个因素5水平的正交实验数值,模拟分析了不同条件的离层值和结构面分离范围.结果表明:巷道宽度和复合顶板厚度对层间离层值和结构面分离范围都产生显著影响,随巷道宽度增加和复合顶板厚度减小,离层值和结构面分离范围近于线性增加;一定范围内原岩应力、复合顶板岩性对结构面分离范围产生显著影响,对结构面层间离层有一定影响;结构面黏结力和内摩擦角对离层和结构面分离范围影响很小.     

结构面切割不同岩性巷道围岩关键块体研究

为研究红岭铅锌矿矿房在结构面切割作用下的稳定性,分析巷道围岩受结构面的切割破碎程度,减少回采过程中块体掉落造成的危险,采用数字摄影测量技术,进行岩体结构面测量,获取结构面基本参数信息;根据BQ指标进行岩体质量分级,基于推广Hoek-Brown强度理论进行岩体力学参数计算;建立结构面离散裂隙网络模型,进行结构面切割下的不同岩性巷道关键块体研究,并给出破碎程度评价。研究表明大理岩岩体产生123块关键块体,最破碎;板岩岩体产生79块关键块体,破碎程度居中;矽卡岩岩体产生27块关键块体,破碎程度最小。     

裂隙岩体巷道围岩最大可动区域解算研究

开展裂隙岩体巷道围岩最大可动区域解算研究,对于巷道安全开挖及长期使用具有重要意义。基于关键块体理论矢量运算求解方法,结合一般块体理论可限定结构面半径的独特优势,解决代表性结构面组选择问题,简化块体可动区域求解过程,形成一种快速准确确定裂隙岩体巷道围岩最大可动区域的研究方法。以广西铜坑矿92号矿体405m水平2~#盘区3~#裂隙凿岩道结构面数据为基础,利用所研发技术,开展复杂裂隙环境下巷道围岩最大可动区域解算研究的实例验证,计算结果表明:3~#凿岩道关键块体主要集中于拱形巷道断面左侧,开挖过程需重点进行左侧部位的支护,以保持围岩稳定。研究成果对于地下矿山裂隙岩体巷道围岩危险区域确定工作具有重要指导作用。     

基于3DEC的块体尺寸及形状对再生顶板稳定性影响模拟研究

为分析块体尺寸、形状对再生顶板稳定性的影响,采用离散元软件3DEC建立不同块体尺寸、形状的再生顶板结构模型,模拟了不同条件下顶板的变形失稳过程。结果表明:顶板冒落系数反映了再生顶板的冒落程度,块体冒落区域呈等腰梯形且冒落仅发生在再生顶板层;再生顶板的失稳是巷道中部及两侧块体开裂导致的;块体高度为0.5 m时,再生顶板稳定的块体长度同巷道跨度的极限比为1∶4;由于横向挤压力的存在,纵向块体尺寸对再生顶板稳定性的影响大于横向;块体截面为三角形、平行四边形时,巷道跨度范围内再生顶板层全部冒落,块体易沿节理面产生滑移;锚杆平均轴力在巷道中部达到最大值。     

基于Unwedge裂隙岩体围岩块体稳定性及巷道轴向分析

地下工程中,由裂隙切割形成的块体是影响岩体稳定性的主要因素。根据关键块体理论,结合围岩裂隙三维扫描及地应力测量结果,基于Unwedge程序对巷道块体稳定性及巷道轴线方向进行分析。计算结果表明,三山岛金矿某巷道走向北东55°,倾角0°,3组优势结构面与巷道临空面形成的块体最小安全系数为1.015,巷道块体掉落风险较大。施工过程中应避免该水平巷道轴向方位在北东57°~70°区间内。对于已经揭露的巷道围岩需进行有效支护,支护后的块体安全系数达到1.5以上,可以确保巷道稳定及工作环境安全。     

基于地应力反演的构造应力区沿空巷道窄煤柱宽度优化研究

基于地应力测量和三维建模技术,对黄岩汇15111工作面褶曲构造应力场进行了反演,研究了构造应力区采空区边缘不同位置处煤层顶板垂直应力的分布特征,不同位置处护巷煤柱上垂直应力、巷道顶板水平应力、以及巷道围岩变形量随煤柱宽度增加而变化的规律,并据此探索了一种确定构造应力区沿空巷道合理窄煤柱宽度方法,确定该构造应力区窄煤柱宽度为6.5 m。研究发现:构造应力区采空区边缘应力集中系数减少量在背斜左翼、向斜右翼中部最为明显;处于背斜左翼、向斜右翼中心对称位置煤柱上垂直应力、巷道顶板水平应力曲线呈“分别相似”特征,且该特征随着煤柱宽度增加而变得明显;构造应力区窄煤柱上垂直应力峰值偏向巷道侧,且垂直应力场随着煤柱宽度增加出现明显的内、外应力场;构造应力对沿空巷道顶板水平应力的分布也有影响,煤柱宽度为4.0~8.0 m时,巷道顶板水平应力自褶曲背向斜交界处向背、向斜轴部呈递减趋势,煤柱宽度为9.0~16.0 m时,呈递增趋势;褶曲对巷道围岩变形量的影响在煤柱宽度较窄时较为明显,在煤柱宽度4.0~10.0 m时,褶曲背、向斜中心对称位置巷道围岩变形量呈“分别相似”特征,煤柱宽度大于10.0 m后褶曲背、向斜中心对称位置巷道围岩变形量变化特征趋于一致。     

沿空双巷合理煤柱宽度的数值模拟研究

为有效维护某矿3405综采面沿空双巷的稳定,需要首先确定其沿空煤柱和巷间煤柱的合理尺寸.根据该综采面工程地质条件,采用FLAC3D分别对煤柱宽度为2,4,6,8,12,20 m条件下沿空双巷的围岩应力、变形及塑性区分布规律进行了模拟研究.结果表明:随沿空煤柱宽度的增加,巷道顶底移近量呈“降、增、降”的发展趋势,两帮移近量呈“增、降”趋势;随巷间煤柱宽度的增加,巷道围岩位移基本呈减小的趋势;煤柱内峰值应力和塑性区范围均随煤柱的增加呈“增、降”趋势.综合技术经济效果等方面分析得知,4m沿空煤柱和4m巷间煤柱条件下,煤柱内应力水平较低,煤柱和巷道稳定性较好且经济合理.据此,对3405综放面的沿空双巷进行掘进和合理动态叠加支护,确保了巷道在其服务期内的安全稳定.     

孤岛工作面沿空掘巷合理煤柱宽度设计

阳煤寺家庄矿15106工作面两侧15104和15108工作面已经采空,成为孤岛工作面。为确定合理的煤柱宽度,通过现场采集煤岩样测试煤层和顶底板的力学参数,运用FLAC3D软件,对15106孤岛煤柱未开掘之前的应力分布特征、不同煤柱宽度条件下巷道掘进期间煤柱内的应力分布和巷道围岩变形特征进行研究。结果表明,孤岛煤柱在未开掘之前,煤柱内应力呈"马鞍形"分布,距采空区边缘0~10 m范围内为应力降低区,峰值位置距采空区边界25 m,将巷道布置在应力降低区内,煤柱宽度确定为7 m。经过现场试验,顶底板平均移近量为72 mm,两帮平均移近量为251 mm,效果良好。     

高应力综放面区段煤柱合理宽度与控制技术

针对综放面巷道围岩变形破坏严重等难题,以蒋家河煤矿ZF201工作面为工程背景,综合运用理论分析、数值模拟与现场试验等方法,研究了煤柱合理宽度确定方法及巷道围岩控制技术。研究表明:煤柱稳定性主要受上方基本顶断裂及多次采动活动的影响,随着煤柱宽度的增加,应力集中区域由实体煤侧向煤柱中部转移,塑性破坏区由煤柱两侧向中部呈"X"型贯穿趋势;综合考虑巷道稳定性及安全高效开采等因素,确定煤柱合理宽度为18 m;提出采用树脂加长锚杆及锚索补强组合支护系统进行巷道支护,现场监测表明煤柱受力呈不对称"双峰"分布,巷道围岩控制效果好。研究成果成功应用于工程实践,为类似条件下巷道布置提供了有益借鉴。     

西铭矿48707工作面过断层巷道支护方式及工程应用

地质构造是影响巷道掘进施工安全、选择施工方案和支护方式的主要因素。过断层的巷道支护方式决定巷道使用寿命以及后续采掘、运输工作的安全进行。基于结构面产状信息和数值模拟软件对48707工作面过断层的巷道支护方式进行安全系数研究,提出了锚杆-锚索-金属网联合支护方式,巷道顶板不稳定块体安全系数提高至14.3,该支护方式及相应参数能够保证巷道顺利通过断层区域并维持巷道稳定。     

三软煤层复合顶板留小煤柱沿空掘巷锚网带索支护技术

针对三软煤层复合顶板条件下小煤柱沿空掘巷的支护问题,对其围岩的关键块体和支护结构进行稳定性分析,结合许疃矿三软煤层复合顶板的特殊地质条件,应用FLAC2D对7128工作面回风巷掘进前的围岩应力分布情况和不同小煤柱留设宽度下巷道围岩的应力和变形情况进行数值模拟,得出沿空掘巷小煤柱留设宽度对软煤和中硬煤顶板下沉量的影响程度及巷道围岩变形控制的关键因素,确定留小煤柱的合理宽度为5 m,且优化设计了锚网带索支护方案,并在7128工作面回风巷进行了工业性实验,效果良好。     

支护设计及开采诱导应力对关键块体稳定性影响的概率统计关键块分析——实例研究(一)

数值模拟已用来确定邻近及远离采场的巷道周围应力的大小和方向。模拟表明邻近采场的巷道处于应力松驰区内。布置在未受回采影响的原岩内的巷道的周边处于受压状态。关键块模拟用于确定关键性块体的代表性形状,离散元模拟用于确定块体的稳定性。模拟结果表明,原岩内巷道的顶板受采矿诱导的应力的作用而稳固。在应力松驰区,关键块会由于开挖而损坏。在邻近及远离采场的巷道中,其两帮关键块会因巷道掘进而损坏。在巷道两帮形成的块体,顶点埋藏浅表面面积大。在较小的巷道内,大多数决定性的关键块体积太大,不会落入巷道,因而不需要支护。可以看出,模拟得出的结论同观测数据一致。这表明关键块理论是所研究的硬岩矿山的巷道稳定性分析的有利工具。随着风险分析法应用于关键块体系,对靠近采空区的巷道的支护作出了明确规定。本方法得出的结果同由经验设计方法得出的支护准则进行了比较。结果表明对于巷道顶板是一致的。然而两帮支护准则就不好比,用风险分析法得出的支护准则同观测数据的吻合程度比经验准则高。在实例分析中提出了极限巷道宽度的概念。一旦巷道宽度大于该极限值,锚杆长度无需随巷道尺寸的增加而加长。可以认为在所有的岩体内情形都是如此。     

王庄煤矿构造应力扰动下大断面巷道围岩控制技术研究

针对王庄煤矿9105工作面受构造应力影响导致的大断面巷道变形严重问题,采用数值模拟与现场监测相结合的方法,研究了大断面巷道变形特征及其围岩控制技术。分析表明,巷道断面尺寸效应在4.5m×4.5 m以上时表现更加突出,不利于巷道稳定;随着侧压系数的增加,巷道顶底板及两帮移近量均呈现增加趋势,侧压系数越大,巷道变形增加越剧烈;9105工作面巷道由于宽度较大,导致巷道顶板及两帮变形严重。据此设计了大断面巷道采用“高强度螺纹钢锚杆+预应力锚索+金属网+工字钢棚”联合支护技术。通过工程实践,顶底板移近量降低48.1%,两帮移近量降低55.4%,实现了构造巷道的有效控制。     

特厚顶煤大断面强采动煤巷围岩变形机理及支护对策

以酸刺沟煤矿6上特厚煤层大采高综放回采巷道支护为工程背景,基于井下地质力学实测结果,采用数值模拟方法,对比分析了酸刺沟煤矿6上煤层不同煤柱宽度和不同巷道断面尺寸下煤岩体的受力、变形及破坏特征。研究结果表明:6上煤层顶板结构较为单一,以粗砂岩为主,不同位置强度不同,大多在40~80MPa之间,巷帮煤体平均抗压强度为19.80MPa,所测测站中最大水平主应力为7.94MPa,总体处于较低的应力水平;煤柱宽度由15m增加到20m时,巷道变形减小最为显著;煤柱宽度由25m增大到30m时,巷道变形减小趋势变得不明显;巷道掘进与工作面回采阶段巷道围岩应力随宽度增加的变化趋势相同,随着巷道宽度的增加,巷帮垂直应力呈线性增加,巷道顶板的水平应力呈线性减小。基于上述结论,对酸刺沟煤矿6上煤层1109胶运巷进行了支护设计与井下试验,工作面回采后巷道断面收缩率小于15%,实现了特厚顶煤大断面强采动围岩变形的有效控制。     

大断面锚网支护巷道应力分布规律

以潞安矿区大断面锚网支护煤巷为研究对象,采用理论分析研究巷道断面尺寸对巷道围岩稳定性的影响,并采用数值模拟软件FLAC2D研究巷道围岩应力分布规律,同时研究不同锚网支护参数条件下的围岩应力变化规律,研究得出:巷道围岩应力降低范围增加幅度和剪胀变形区域,随巷道宽度增加呈非线性增大趋势;锚杆长度增大改善深部岩体应力状态,减小剪胀变形区域。继而提出以高强度、高预紧力和大锚固范围为核心的技术方案。     

随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理与控制研究

为研究随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理及控制方法,基于龙口某矿油页岩上分层巷道节理参数统计结果,结合蒙特卡罗模拟方法,采用UDEC软件内置FISH语言编写了随机节理模拟程序,建立了随机节理岩体巷道数值模型,对随机节理岩体巷道再生顶板的失稳破坏过程及支护方式进行了模拟,并通过工程应用对数值模拟进行了验证。结果表明:再生顶板巷道开挖后预留护顶中小的易冒块体首先沿节理面滑落,之后关键块体在上部破碎岩块压力作用下沿节理面滑动下沉,当关键块体一端滑离巷帮节理面时,关键块体失稳,发生冒顶;再生顶板下预留护顶掘进巷道合理支护方式为锚索-架棚联合支护,可有效控制巷道顶板变形并防止顶板破碎块体冒落。     

特厚煤层综放工作面沿空掘巷小煤柱留设与支护研究

为研究特厚煤层综放工作面沿空掘巷留设小煤柱的合理宽度,以塔山煤矿8117工作面回风巷为研究对象,采用理论计算、数值模拟和现场实测相结合的研究方法进行研究。研究表明：相邻工作面采空区稳定后煤体侧向支承应力降低区范围为0～13.7 m,煤柱宽度在8 m以下可确保8117工作面回风巷处于应力降低区,有利于巷道围岩的稳定;煤柱宽度大于8 m时,煤柱内弹性区随煤柱宽度的增加而增大,煤柱中部垂直应力开始超过原岩应力;最终确定采用8 m小煤柱。现场观测表明,留设8 m煤柱时,8117回风巷在掘进和回采阶段巷道两帮移近量和顶底板下沉量较小,煤柱可以有效支撑顶板、控制围岩变形。     

西藏甲玛铜多金属矿不稳定块体识别及分析

以西藏甲玛铜多金属矿的岩体为研究对象,通过对其岩体物理力学性质、构造、可能存在的破坏机理进行研究,利用稳定性分析软件Unwedge建立三维地质模型,分析结构面组合形式,确定由这些结构面切割而成的块体的空间位置,并计算出其安全系数。结果表明,除了集中在巷道的上部和边邦的块体可能会对围岩的整体稳定性产生影响外,其他岩石均具有很好的稳定性。