采动作用下孔隙水压力对深埋软岩巷道稳定性的影响

为研究软岩巷道围岩在深部高应力环境下高孔隙水压力对其稳定性的影响规律,结合大平煤矿的回采工作面S2S9的工程地质资料,建立了二维有限元模型模拟研究了煤层开采过程中高孔隙水压力对深部软岩巷道围岩稳定性的影响及孔隙水压力分布规律。研究结果表明:随着采空区面积的增大,工作面和开切眼附近的高孔隙水压力区域逐渐扩大,导致工作面顶板突水危险区域扩大;孔隙水压力呈现两头高,中间低的趋势,与工作面上方覆岩"马鞍型"的破坏区域是相符的。     

加固底板对深部软岩巷道两帮稳定性影响的数值分析

通过数值计算，研究了底板支护和注浆加固底板后深部软岩巷道两帮围岩的稳定性.计算结果表明，加固软弱底板后巷道两帮围岩变形量减小，尤其是巷道两帮下部围岩变形量减小幅度较大，两帮围岩塑性区范围和软化区范围缩小，两帮围岩主应力升高区范围缩小，主应力峰值区域更加靠近巷道周边.从而得出：加固软弱底板有利于提高深部软岩巷道两帮围岩稳定性.     

深部软岩巷道围岩变形破坏的相似模拟试验

为模拟深部强度低,变形大的软岩巷道,运用地质力学模拟原理和以往相似模拟材料特点,针对曲江矿-850 m东大巷巷道围岩表现出来的两帮和顶底板实测不对称大变形特征,研制一种水泥为胶结材料,土和河砂为骨料的深部软岩相似材料.采用该相似材料进行大型深部软岩巷道模拟试验.结果表明:模拟的深部软岩巷道在开挖后因原岩应力解除具有一定的变形,而模型巷道底鼓和顶板下沉现象除受预加高应力和连续载荷影响外,巷道的左右边墙破坏对巷道顶底板结构稳定性也有影响;且巷道四周围岩变形破坏呈现非对称性特征.此研究成果可为进一步分析巷道围岩损伤及破裂演化规律奠定基础,也可为巷道支护设计,围岩控制等工程实践提供依据.     

非软顶底板煤巷锚杆支护及围岩松动规律

分析巷道围岩松动规律是优化锚杆支护的基础.通过对非软顶底板煤巷围岩松动特征与锚杆支护关系的分析,理论计算了非软顶底板煤巷围岩的松动范围,提出了非软顶底板煤巷锚网索耦合支护方案,运用数值计算分析了非软顶底板煤巷锚杆支护前后围岩松动规律,并对试验巷道围岩松动范围进行了钻孔窥视和超声波探测.结果表明:非软顶底板煤巷围岩松动范围在顶板两角及两帮中部,两帮呈半圆形破坏,顶板呈马鞍形破坏.锚杆支护后,围岩松动范围减小,围岩应力由顶板两角沿两帮向底板两角深部转移,顶底角锚杆(索)耦合支护利于巷道围岩的稳定.     

深部巷道底鼓对围岩稳定性的影响

结合新汶矿务局孙村矿深部破碎围岩开拓巷道实际,在对巷道底鼓机理研究的基础上,利用有限差分软件FLAC2D对底板加固前后顶底板移近量、围岩塑性区、拉应力区发展状况进行了数值模拟和分析。现场观测结果表明,对于深部工程软岩支护问题,在控制顶板和两帮的同时,更需要注重底板的加固,这样才能保证深部巷道围岩整体的稳定性。     

某铜矿深部软岩破碎巷道变形机制研究

针对新疆伽师铜矿深部软岩破碎巷道围岩变形量大、顶板下沉严重、支护难等特点,基于地质力学测试及数值模拟技术,揭示了软岩破碎巷道变形特征及破坏机制。研究结果显示:巷道两帮相比顶板的围岩内部位移变化明显,水平方向位移收敛量大于垂直方向,其松动圈范围介于2~3 m之间;通过数值模拟分析出顶、底板和两帮均在中心处位移最大且出现了较大的剪切塑性区,与巷道变形规律一致;并分析出软岩破碎巷道围岩变形量大、初期变形速率快、持续时间长的显著时间效应及巷道四周来压的空间效应,为矿山支护提供了理论依据。     

初始地应力场对煤矿巷道围岩稳定性的影响

基于柴里矿二水平南轨上山实际地质开采条件, 采用UDEC数值模拟计算, 对岩层移动模拟研究中初始地应力场对巷道围岩稳定性的影响进行了研究。研究结果表明, 地应力的大小、方向对巷道围岩稳定性影响很大, 巷道两帮移近量、顶板下沉量和底板底臌量整体上都随着侧压系数增大而增大; 巷道顶、底板和两帮内围岩垂直应力随着侧压系数增大而增大, 当侧压系数超过1.5以后, 随着侧压系数增大, 两帮支承压力峰值逐渐趋于一定值, 且支承压力峰值位置有靠近巷帮的趋势; 巷道两帮和顶底板岩层不同层位处的位移大小和方向是不同的, 两帮和顶底板一定距离内存在着位移为0的点或面。     

深井软岩巷道顶板深部围岩矿压规律及对策

随着矿井开采深度增加,软岩巷道变形加快,维修费用增加,制约着矿井的高产高效生产。结合某矿1203工作面运输顺槽底板瓦斯抽排巷地质条件,对深井软岩巷道顶板深部围岩矿压进行了观测,观测内容包括深部围岩位移和分区破坏情况。在对实测数据分析的基础之上,得出巷道顶板深部围岩位移演化规律和分区破坏规律。通过对观测成果进行分析,提出了巷道掘进和支护对策,要求改变现有的巷道支护方案并提高施工队伍素质与水平。     

不同侧压系数下深部软岩巷道应力演化规律及支护研究

针对深部软岩巷道变形破坏严重问题,以谢桥煤矿11316运输巷为研究对象,采用现场调研、数值模拟及应用实践等方法,研究了不同侧压系数下深部软岩巷道围岩力学演化特征,以及位移场、破坏场的分布规律和优化支护技术。研究结果表明,随着侧压系数的增加,巷道围岩应力集中程度逐渐从巷道两帮向顶底板移近,进而导致巷道顶底板的剧烈变形破坏。提出了等强预应力让压锚杆及高强度预应力锚索的优化方案,加强了对巷道顶板及帮部底角位置的支护。实践结果表明,采用该优化方案实现了对高水平应力软岩巷道的稳定支护。     

弱胶结全煤巷道围岩稳定性研究

永定庄煤业3号煤主胶带运输下山巷道属于全煤巷,巷道围岩及煤层顶底板属于典型的软岩。根据围岩特性,在巷道内设定4个观测站,观测巷道顶板、两帮位移变化,结果表明测站处巷道顶帮围岩处于稳定状态,但是巷道底板受到两帮岩柱传下的围岩流变压力以及自身膨胀压力导致底板变形较大,仍在以一定的速率向临空面流动并向上鼓起,且底板岩石岩性受水理作用影响,软化系数小,变形时间效应较强,变形稳定所需时间长,符合软岩变形机理。     

水压作用下软岩巷道稳定性数值模拟

借助COMSOL软件建立了不同埋深和有无水压的数值计算模型,研究了有水与无水条件下软岩巷道的应力与变形规律。结果表明:软岩巷道蠕变随着埋深的增加而增加,埋深900 m的变形比500 m增大了300%多;在水压的作用下,顶底板和两帮的变形更加严重,有水压下变形比无水压增大30%多。     

逆断层倾角对断层两侧巷道围岩稳定性的影响

运用UDEC数值模拟软件,建立40°、60°、80°3种倾角的逆断层模型。通过分析巷道围岩塑性破坏特征、顶底板和两帮的移近量以及围岩垂直应力分布特征,研究逆断层倾角和上下盘关系对两侧巷道围岩稳定性的影响。研究结果表明:巷道在逆断层上盘时,随断层倾角增大,围岩稳定性有降低的趋势;若巷道布置在逆断层下盘,断层倾角为60°时巷道围岩稳定性最差;若巷道布置在逆断层下盘,则顶底板移近量均小于在上盘时,而围岩塑性区范围、两帮移近量和巷道两侧应力的集中程度大于上盘,且断层倾角越大差值越大。     

顾北矿沿空掘巷临空活动段围岩变形控制技术研究

为了分析临空活动段对沿空巷道围岩支护的影响,以顾北矿南一采区1322(1)工作面为工程背景,通过UDEC数值模拟及现场试验,对临空活动段沿空掘巷煤柱的应力分布及围岩稳定控制技术进行了研究,结果表明：临空活动段留设煤柱存在应力集中现象,不同支护工况下可能发生压剪破坏,并且巷道帮部压力大于顶压。现场应用表明锚网索联合槽钢梁加强支护顶板和巷帮的围岩控制技术能有效提高临空活动段沿空巷道围岩稳定性。     

软岩巷道交岔点稳定性数值模拟研究

借助有限元软件ANSYS对软岩巷道交岔点的稳定性进行数值模拟分析,研究巷道交岔点的应力场及应力集中系数、收敛变形等变化规律以及软岩巷道交岔点围岩的破坏特性,对其进行稳定性评价。研究认为,软岩巷道交岔点处应力集中系数远高于其他部位的应力集中系数,其中锐角侧应力集中程度较高,容易出现稳定性问题。交岔点的收敛变形以顶板变形为主,故顶板的稳定性较差,软岩巷道交岔点两帮和拱肩是巷道的薄弱部位,稳定性较差。     

深井软弱围岩采区回风巷卸压支护技术研究

针对金能煤业一采区回风巷易发生巷道大变形问题,通过数值模拟对比卸压前后围岩应力场的变化,进而提出卸压支护的控制技术方案。工程实践表明,采用卸压支护控制技术可实现应力转移,实测围岩顶板最终下沉量为141mm,顶底板最终移近量为190mm,两帮最终移近量为136mm,有效地控制了巷道围岩变形。     

倾斜煤层沿空掘巷柔性锚杆控制技术研究

倾斜煤层沿空巷道围岩应力状态复杂,围岩控制难度增加。通过理论分析、数值模拟与工程实践相结合的研究方法,对不同倾角下巷道的围岩应力状态、破坏特征及控制技术进行研究。结果表明:随着煤层倾角的增大,巷道两侧侧向支承应力集中峰值不断增大,应力集中区逐渐扩大,且偏载效应明显;提出采用柔性锚杆高预紧长锚固的支护方式,增大巷道的有效承载圈层,确定了不同煤层倾角的2种支护方案。现场矿压观测表明,巷道顶板最大下沉量为22mm,两帮最大收敛变形量为31 mm,沿空巷道围岩结构稳定,整体变形量小,能够为相似条件下的沿空掘巷提供参考。     

深部厚顶煤巷道围岩稳定性相似模型试验研究

针对深部厚顶煤巷道围岩控制难题,采用相似模型试验方法,分析了埋深、构造应力等因素对厚顶煤巷道围岩变形、围岩应力及支护结构的影响,揭示了厚顶煤巷道围岩稳定性规律:随着埋深增大,两帮及顶煤内应力峰值增大,围岩变形破坏程度增大;随着构造应力增大,围岩变形破坏程度增大,构造应力对顶煤稳定性影响显著,顶煤水平应力呈现出"两端低、中部高"分布形态,且应力峰值位置随构造应力增大向深部转移,下位顶煤、煤层与顶板交界面附近的顶煤破坏严重,最终发生"尖顶型"垮冒;顶板锚杆和穿过煤岩层交界面的锚索易被剪断。对于深部构造应力作用下的厚顶煤巷道,认为提高顶煤锚固体的抗剪能力尤为重要,提出采用"高强高预紧力锚杆及斜拉锚索梁"支护技术,以此增强厚顶煤锚固体的抗剪能力、提高两帮承载能力,顶煤和两帮稳定性的提高则有助于减小底臌量。研究成果成功应用于工程实践。     

余吾煤业轨道大巷破碎围岩控制技术

分析了破碎围岩弱面、水蚀、构造应力、大断面等因素对余吾煤业+400 m水平轨道大巷围岩变形破坏的影响,论述了轨道大巷两帮破坏诱发顶板变形的围岩破坏特征,进一步阐述了采用注浆加固减小帮顶围岩塑性区,锚杆支护提高了围岩的自承能力的锚注联合控制技术。矿压观测结果表明,注浆加固围岩弱面后,锚杆锚索初期快速承载,围岩最大表面位移约23 mm,控制效果显著。     

深部破碎岩体巷道围岩控制技术研究

某金矿进入深部开采后,由于围岩破碎,巷道开挖后出现了明显的变形和破坏现象,难以满足其服务期间的稳定性要求。针对这一问题,采用现场调查、数值模拟和现场试验等手段开展了研究。首先,分析了巷道变形和破坏特征,认为该矿巷道破坏表现为两帮破坏,然后发展至顶板。其次,从充分利用深部破碎岩体自承能力的角度出发,提出了马蹄形巷道设计方案,并采用数值模拟的方法分别模拟了矩形巷道,直墙半圆拱巷道,直墙三心拱巷道和马蹄形巷道的开挖过程,结果显示当采用马蹄形巷道时,能够减小围岩应力松弛区的范围,改善围岩的受力条件,极大限度地抑制了围岩的变形和破坏。再次,给出了优化的马蹄形巷道支护方案,在传统只采用顶板锚杆的基础上增加两帮锚杆和穿带,其中,顶板锚杆间距 1.5 m,两帮锚杆间距 1.0 m,排距均为 1.0 m。最后,将得到的马蹄形巷道方案应用到该矿-900 m 分段联巷的工程实践当中,结果表明马蹄形巷道施工后围岩没有发生明显的变形和破坏,取得了较好的施工效果,保证了巷道的稳定性。通过本研究可以为该种类型的深部破碎岩体巷道的围岩控制技术提供参考和借鉴。     

深井大断面软岩硐室群围岩控制技术应用

车集煤矿主采的28采区工作面采深均超过800 m,采区泵房埋深约1 050 m。采区排水硐室属于三维立体交叉硐室群结构,密集的巷道布置必然使得应力集中严重,要满足长期使用的要求,对支护提出较高要求。在深井软岩高水平应力围岩条件下巷道顶帮均采用长锚索加长锚杆,通过高强让压锚索支护技术、充分调动围岩的自稳能力,在顶板、两帮形成了稳定的锚固承载结构,有效抑制围岩初期变形,同时实行分阶段支让协同控制技术,采用不同性能的单一支护的组合结构,保证了围岩的稳定,并取得了良好的控制效果。