巷道尺寸及布置对围岩稳定性的影响分析

为了分析巷道尺寸及布置对围岩应力、塑性区及变形特征的影响,采用理论分析及数值模拟的方法分析了在不同断面尺寸及不同巷道轴线与最大水平主应力方向夹角的围岩应力及变形特征。研究表明:巷道断面尺寸及巷道轴线与最大水平主应力之间的夹角对巷道围岩的应力及变形特征有很大影响。其中跨高比的减小对巷道帮部的影响很大,使得应力集中程度及范围明显增大,应重点防护。巷道轴线与最大水平主应力之间的夹角增大会造成水平主应力在巷道两侧分布不对称,巷道顶底板的应力集中程度有所增大,且巷道变形明显。     

最大水平主应力对巷道围岩稳定性影响研究

根据实际地质条件,模拟分析了巷道轴向与最大水平主应力方向夹角α对巷道围岩稳定性的影响,并对现场巷道的实际破坏与维护情况做了详细调查和实测分析。研究结果表明:在其他工况条件相同时,当夹角α不同时,围岩变形趋势基本一致,最终都趋于稳定值,且夹角α越大巷道围岩稳定性就越差,但当α45°时,夹角α对巷道稳定性的影响较小,当α45°时,巷道围岩应力及位移随夹角α增大而迅速增大;南翼回风大巷的围岩变形量比北三采区回风下山大,进一步证明,在水平构造应力场影响下,夹角α越大,巷道围岩稳定性越差。     

构造应力场对深井巷道围岩稳定的影响

为了研究构造应力场对深井巷道围岩稳定的影响，运用3D-σ有限元计算软件对深井巷道在构造应力场中不同布置方向的稳定性进行了数值模拟分析，分析得出随着巷道轴向与构造应力场方向夹角的增大，巷道围岩受力状况逐渐趋于恶化。对此，提出在布置巷道时，尽可能使巷道轴线方向与最大水平主应力方向以小角度相交(最好趋于一致)，并采用宽度大于高度的矩形、拱形或椭圆形断面，使断面形状与构造应力状态相适应。     

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。     

水平应力对巷道围岩稳定性的影响

采用理论分析方法研究了巷道布置与地应力场的关系,利用数值模拟方法分析了不同巷道轴线与最大水平主应力夹角的情况下,巷道围岩应力分布与变形特征。指出随着夹角增大,水平应力分布从对称变为非对称,应力降低区与升高区也发生变化;当夹角增大到一定值,非对称性逐渐降低,到90°时又出现了对称分布;巷道变形在夹角20～70°变化明显。在山西潞安常村煤矿井下进行了地应力测量,分析了地应力对巷道变形与破坏状况的影响,验证了理论分析与数值模拟结果。     

白音呼布矿区三维地应力测量及巷道布置优化研究

白音呼布矿区进入深部开采后,巷道岩爆、变形等地压灾害变得愈发严重。为保障生产安全,现场采用空心包体应力解除法测量了对矿区7个测点三维地应力,基于测量结果及地应力场构建对矿区深部巷道布置优化进行了研究。首先根据等应力轴比理论优化了巷道布置方向,给出了100m中段巷道轴向与最大水平主应力方向最优夹角为26°;然后采用数值模拟方法研究不同夹角时巷道围岩的应力、位移变化特征,并指导了新中段的巷道布置。结果表明:实测最大水平主应力是自重应力的1.57～1.89倍,矿区深部以水平构造应力为主导;夹角为26°时,巷道围岩变形最小,数值模拟与理论计算结果相符;新中段巷道优化布置后,围岩变形、位移明显变小,地压灾害得到有效控制。     

最大水平应力对巷道稳定性影响研究

水平应力是影响巷道围岩稳定的重要因素,针对最大水平主应力与巷道掘进方向夹角的3种特殊情况,模拟了巷道围岩的变形及破坏特征。所得结果用于评价某煤矿巷道布置,发现部分巷道沿着较为不利的方向掘进。此研究为选择巷道掘进方向和改进巷道支护方案提供了依据。     

深部高应力巷道开挖方向对稳定性影响分析研究

在阿舍勒铜矿深部不同中段选取3个测试点,采用套孔应力解除法进行了现场地应力测试分析,准确确认深部岩体处于较高地应力状态。采用数值模拟计算方法,计算得出最大主应力与巷道轴线夹角分别为0°、30°、60°、90°时的巷道围岩位移场、应力场和塑性区云图,分析了深部高应力巷道开挖方向对其稳定性的影响,得出了高应力巷道开挖时,巷道布置方向与最大主应力方向夹角在30°以内时,高地应力对巷道稳定性影响较小的结论。     

基于最大水平主应力设计锚杆支护方向

深部地下工程中最大水平主应力方向发生变化时,确定锚杆的最佳支护方向能够达到最好的围岩支护效果。应用FLAC3D数值分析方法,分析了山金白音呼布矿区最大主应力方向与巷道轴向52°相交的围岩应力、位移变化及塑性区分布特征。针对最大水平主应力方向提出3种巷道支护方案,研究最大主应力和锚杆支护方向对围岩稳定性的影响。结果表明,矿区巷道断面应力集中和塑性破坏区非对称分布,主要分布在最小主应力方向一侧的顶板和最大主应力方向一侧的边帮;在σHv型应力场中巷道支护方向与最大水平主应力方向一致更有利于围岩的稳定,最终考虑方案2为锚杆支护优化方案。     

主应力方向变化对巷道围岩塑性区形态特征的影响

为了研究深部巷道围岩塑性区在不同方向垂直主应力作用下的扩展规律,结合江西曲江煤矿实际条件,采用现场调查、数值分析等方法,对不同方向主应力影响下深部巷道塑性区形成及扩展规律进行分析,研究结果表明:(1)垂直主应力方向的改变会影响巷道围岩蝶形塑性区蝶叶的扩展方向,蝶形塑性区总会朝向垂直主应力偏转方向转动相近的角度;(2)巷道围岩的变形量与巷道临空面纵向塑性区深度成正相关,巷道临空面塑性区深度越深,巷道断面向内部收缩越严重.     

寺河煤矿三维地应力场分布和巷道布置优化

采用井下现场测量和理论分析相结合的方法,研究了晋城煤业集团寺河煤矿东采区3号煤层的三维地应力场分布和最优巷道布置方向,确定了该区域的地应力场形式为σHV型,属于典型的构造应力场。分析了在该类型的地应力场中,最优巷道布置方向与最大主应力方向的关系。研究结果表明:最优巷道布置方向不是沿着最大主应力的方向,而是与其成一定夹角,夹角大小取决于3个主应力的比值;当夹角不大于30°时,构造应力对巷道围岩稳定程度的影响较小。     

深部高水平应力下巷道布置最佳角度

在龙固矿1301N工作面下平巷实测地应力数据的基础上,采用理论分析确定了巷道轴向与最大水平主应力方向最佳角度。利用ABAQUS模拟不同夹角情况下巷道围岩应力分布及变形特征。数值模拟得出的最佳角度与理论分析相同,进一步证明理论分析所得出的计算公式是可行的,为以后此类条件下的巷道布置提供指导。     

最大主应力方向对围岩偏应力及变形影响研究

地应力是引起巷道变形破坏的主要因素之一,为了分析最大主应力方向对围岩稳定的影响,采用FLAC3D模拟了夹角α从0°～90°过程中围岩塑性区分布、偏应力及位移变化规律。研究结果认为：α越大,“围岩”塑性区范围越大,且有向顶、底板围岩深部发展的趋势|围岩偏应力呈“单峰”状,顶、底板围岩偏应力峰值随α增大而增大,而帮部偏应力峰值则减小|围岩位移变化呈类“线性”增长,围岩变形随α增大而增大,最大水平主应力方向对顶、底板围岩变形的影响大于帮部。通过现场观测,验证了分析结果的可靠性。     

小孔径水压致裂三维地应力测量及在寺河煤矿应用

介绍了3个不同方向水压致裂三维地应力测试原理及在寺河煤矿的具体应用,将寺河煤矿水压致裂三维地应力测试结果和二维测试结果进行了比较,二者具有较好一致性。测试结果表明:寺河煤矿地应力以水平主应力为主,属于典型构造应力场类型,最大水平主应力在量值上属于中等应力值应力场,最大主应力方向为近水平东西向。根据最大水平主应力方向,建议主要巷道轴线尽可能沿东西向布置,有利于巷道支护及围岩的稳定。     

王坡煤矿临空巷道支护技术优化研究

针对3209工作面回风巷沿空掘巷时两帮变形严重、大面积出现底鼓等问题,通过地质力学评估、数值模拟地应力与巷道布置相互作用关系,对临空巷道支护方案进行优化。研究表明,巷道轴线与最大水平主应力方向的夹角是影响巷道围岩应力分布、破坏范围及围岩变形的关键因素,特别是夹角在20°～70°之间影响明显。依据研究成果提出高压注浆配合强力锚索支护的综合加固优化方案,现场应用结果表明,两帮相对移近量最大值为54mm,最大离层量为19mm,与未注浆围岩变形相比大幅下降,有效控制了围岩变形。     

复杂应力条件下不同锚杆支护的巷道稳定性

以金川集团三矿区1 110 m分段掘进巷道为工程背景,为解决巷道破坏严重、返修率高的难题,采用FLAC^3D数值模拟软件,对涨壳式中空预应力锚杆和全长砂浆锚杆的支护效果进行了数值分析,比较了2种锚杆支护在最大水平主应力与巷道轴线呈不同夹角或相同夹角、最大水平主应力大小不同等条件下的巷道变形、围岩应力场、塑性区以及应力集中系数的差异。通过与现场试验数据进行对比,发现采用涨壳式中空预应力锚杆支护的巷道,在控制巷道两帮位移方面,其效果要好于全长砂浆锚杆支护的巷道;采用了涨壳式预应力锚杆支护的巷道周边受力更加均衡,有利于巷道的长期稳定,能延长巷道的维修周期,降低巷道返修率。     

深井软岩下山巷道群非对称破坏机理与控制研究

受邻近巷道或工作面回采影响,巷道群中单一巷道通常处于复杂应力环境中并呈现非对称变形特点。以皖北煤电公司刘桥一矿II66下山巷道群为支护工程实践,采用现场调查、实验室实验、理论分析、数值模拟及工业性试验相结合的方法,探讨巷道群非对称变形破坏机理,并针对各巷道提出相应优化支护方案。研究表明:1)巷道群中后掘进巷道打破了先掘巷道围岩应力平衡,应力重新分布,在达到新的平衡过程中,围岩变形加剧。2)巷道群围岩岩性软弱、强度低,煤样CT扫描发现存在较多光滑板状裂隙,基质被裂隙网络分割和包围。X射线衍射实验显示,轨道下山底板为弱膨胀性岩石。3)Ⅱ66采区最大水平主应力为31.87MPa,侧压系数1.5,非均匀系数1.61。巷道群最优布置方位角为N269°E或N197°E,实际走向与最大主应力方向夹角为71°,巷道断面承受较高水平应力作用。4)巷道群开拓延伸后,二次应力场在巷间围岩叠加,辅助下山呈非对称变形。4煤回采对巷道群没有影响,6煤西翼工作面回采致使各巷道顶板和右帮位移急剧增大,停采线距离应由60 m改为120 m。5)提出中空组合锚杆(索)分区注浆全断面控制对策,增加控底措施,并对应力集中及变形的始发部位加密支护,同时对U型钢棚进行结构补强。工程实践表明,优化后的支护方案使围岩变形得到有效控制,围岩完整程度显著提高。     

深部大断面巷硐围岩稳定性评价与布置方式研究

针对深部大断面巷硐围岩变形量大、支护困难等特点,采用FLAC3D数值计算方法,探讨围岩内最大主应力峰值区的时空演化规律,分析最大主应力峰值区对围岩变形破坏的控制作用,提出塑性区发育范围判定与围岩稳定性综合评价的方法。根据地应力场类型、侧压系数、巷硐轴向与最大水平主应力夹角的差异,共设计151种数值模拟方案,研究3类地应力场中构造应力对大断面巷硐围岩稳定性的影响。结果表明:围岩塑性区发育与最大主应力峰值区存在运移一致性,基于边界应力系数K可判定塑性区发育范围,并通过遍历数值计算确定K值为0.96;在σH型应力场中,当λH=λh时,巷硐最优布置角度为30°,当λH≠λh时,巷硐平行于最大水平主应力方向布置最有利于围岩稳定;在σHv型应力场中,巷硐最佳布置角度是与最大水平主应力成0°～15°夹角;在σv型应力场中,当λH=λh时,巷硐无最优布置角度,当λH≠λh时,巷硐布置应遵循最大水平应力理论。     

最大水平主应力对巷道围岩稳定性影响的数值分析

利用数值计算方法,研究了最大水平主应力对巷道围岩稳定性的影响。结果表明,最大水平主应力方向与巷道轴向方向夹角对巷道围岩稳定性的影响大致可以分为3个阶段。0°~20°为第1阶段,巷道两帮较顶、底板承载更高的围岩应力,要注重巷道两帮的支护;20°~50°为第2阶段,巷道两帮与顶、底板承载相同的围岩应力,应采用相同的支护强度;50°~90°为第3阶段,巷道顶、底板承载的围岩应力远高于巷道两帮,要特别注重巷道顶、底板的支护,夹角越大,顶、底板支护强度越高。     

采空区侧保留巷道围岩破坏分析及控制技术

针对王家塔煤矿3s101工作面采空区侧保留巷道受采动影响导致围岩破坏变形的问题,采用现场监测、理论分析、数值模拟等研究方法,对采动影响下保留巷道的围岩变形破坏特征、采动应力分布规律、以及围岩塑性破坏特征进行了研究。结果表明:受工作面采动影响,保留巷道位移变化主要在工作面后方顶底板,最大顶底板移近量达310 mm;巷道围岩主应力、主应力比值、最大主应力与z轴夹角的变化值在工作面后方175 m左右达到最大,最大主应力达到16 MPa,主应力比值达到2.32,最大主应力与z轴的夹角偏转至20°左右;受采动应力的影响,巷道围岩塑性破坏区也主要发生在工作面后方,塑性破坏范围在工作面后方175 m左右达到最大,顶板最大破坏深度达7.5 m。针对性地提出了“锚索+钢带”加强支护顶板的补强治理方案,保证了巷道围岩稳定,回采期间安全生产。