深部高应力软岩巷道断面形状优化设计数值模拟研究

选取矩形、梯形、直墙拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等共6种不同断面形状的巷道进行优化研究,基于FLAC3D模拟研究了这6种典型巷道开挖后的巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布规律,分析了不同侧压力系数对它们的影响。数值模拟结果表明,巷道断面形状对高应力巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布影响较大;根据侧压力系数的大小及主应力方向,圆形、椭圆形为深部高应力巷道最优断面形状,选择圆形、椭圆形巷道可改善巷道围岩应力状态,降低围岩变形量,减少围岩塑性区损伤破坏范围,有利于深部高应力软岩巷道的长期稳定。     

红一煤矿半煤岩巷围岩控制技术优化研究

为保证红一煤矿半煤岩巷道围岩的稳定及煤矿安全开采,以红一煤矿运回联巷为工程背景,运用钻孔探测及数值模拟的方法,研究了试验段巷道顶板内部裂隙发育规律,并对比分析矩形断面和直墙半圆拱形巷道围岩塑性区及位移分布特征。研究结果表明:试验段巷道围岩锚固体承载结构相对较弱,直墙半圆拱形断面受力优于矩形断面,且直墙半圆拱形断面巷道变形小于矩形断面巷道变形。现场实测验证了以上观点。     

综采工作面回采巷道断面形状优化设计探讨

针对目前西铭矿48710工作面矩形巷道变形大、难以维护等问题,结合具体条件,采取UDEC模拟分析了矩形巷道、圆形巷道、直墙半圆拱形巷道的破坏特征、受力情况及围岩变形量,得到了直墙半圆拱形巷道断面为最优断面,并采取了锚杆+锚索+金属网+钢筋梯子梁联合支护进行了数值模拟,为类似条件工作面的巷道断面选取提供参考。     

沿底留顶煤回采巷道断面形状优化数值模拟研究

以某矿沿底留顶煤回采巷道为研究对象,采用理论分析和FLAC2D数值模拟为主要方法,分析了矩形、直墙半圆形和圆形3种断面形状对巷道围岩塑性区发育特征、应力分布特征和围岩变形特征的影响。直墙半圆拱形断面与圆形断面比较而言,围岩塑性区发育范围、应力分布特征和变形特征降低程度减小;针对沿底留顶煤回采巷道而言,直墙半圆拱形断面是较优断面形式。     

不同断面形状硐室围岩稳定性模拟研究

采用FLAC^3D软件进行四水平三因素(埋深、侧压力系数和硐室断面形状)条件下正交模拟试验以及变单因素下的模拟试验。采用极差分析方法对硐室围岩塑性区因子δ进行分析认为,影响塑性区因子δ最大的组合为A4B4C1,各因素的主次关系依次为硐室埋深、断面形状、侧压力系数。变单因素下的模拟结果认为,圆形硐室顶底板和两帮移近量及其周围水平应力随侧压力系数的增大呈线性递增;垂直应力随侧压力系数的增大呈线性递减。圆形硐室断面塑性区因子随侧压力系数增大呈指数函数增大;硐室顶底板及两帮移近量随埋深的增大呈指数函数增大,硐室周围水平应力和垂直应力随埋深的增大均呈线性递增关系。相同的外载条件下,直墙拱形硐室顶板变形量高于底板,矩形、梯形和圆形硐室的顶底变形量相当,且圆形断面硐室的变形量最小。     

埋深及断面形状对巷道围岩应力及位移分布规律的影响

利用FLAC~(3d)模拟软件对3种埋深条件和3种巷道断面形状的围岩应力、位移分布规律进行了模拟分析,得出结论如下:随埋深加大,巷道周围整体压力增大,位移量增加;圆形巷道卸压区最小,最有利于巷道支护,而矩形巷道出现拉应力,最容易破坏,半圆拱形巷道底板较容易破坏;围岩位移量大小在两帮和顶底板都是矩形半圆拱形圆形巷道。     

巷道围岩松动圈测试及影响因素分析

通过地质雷达法选择不同测站对某矿区典型巷道围岩松动圈测试,分析不同埋深和不同断面巷道围岩松动圈分布规律,得出巷道开挖后松动圈形成要经历一定过程,围岩松动圈大小与巷道埋深呈线性关系,矩形断面巷道松动圈范围比直墙拱形巷道松动圈大。     

大倾角工作面回采巷道断面形状优化

针对开采大倾角煤层时,矩形回采巷道出现围岩变形不对称的问题,在3308工作面轨道巷开挖前,设计矩形和直墙微拱形巷道断面,采用FLAC3D对巷道应力分布特征、巷道围岩移进量及塑性区进行比较.结果表明:应力方面,直墙微拱形断面帮部和顶部破坏减少,承载能力较强.位移方面,直墙微拱形断面巷道围岩移进量总体比矩形小.综合可得,直...     

不同形状巷道断面对深部破碎回采煤巷的影响分析

为了确保煤矿巷道断面的合理设计,以云盖山煤矿一矿实际矿井地质条件为例,采用数值模拟软件,分别对梯形、矩形、直墙半圆拱形断面巷道进行数值模拟研究,研究了巷道周围煤岩体位移、塑性区分布,巷道周围煤岩体最大主应力、最小主应力云图。研究得出:在无支护的情况下,当采用直墙半圆拱形断面时,巷道顶板变形量、左帮变形量最小,因此该煤矿运输巷断面设计为直墙半圆拱形最合理,有利于确保矿井安全生产。     

高应力软岩底鼓巷道锚注联合支护技术研究

随着煤矿开采深度的不断增加,高应力软岩巷道底板变形严重,影响了矿井的正常生产。为彻底解决底鼓难以控制的问题,以船景煤矿首采区轨道上山为例,结合现场底板变形特征,利用数值模拟对比分析不同断面形状下的围岩变形,提出了带反底拱的直墙半圆拱形+注浆锚杆索联合支护方案,并且分析了反底拱底板注浆结构体的稳定性。采用该支护方案后,两帮平均移近量仅为82.5 mm;平均底鼓量仅为52.5 mm;顶板无明显下沉量。表明该方案能够提高高应力软岩巷道岩体强度、改善围岩力学性能和结构、提高围岩的整体承载能力,从而有效控制高应力软岩巷道底鼓。     

厚煤层直墙半圆拱巷道围岩破坏影响研究

采用FLAC3D数值模拟的方法，分析了不同埋深、不同侧压系数下厚煤层直墙半圆拱形巷道围岩塑性区发育特征、应力分布特征和围岩变形特征。研究表明：随着埋深的加大，巷道的围岩变形量呈线性增加，围岩破坏深度更大且塑性区呈环绕形分布；侧压系数对巷道的破坏形态影响较大，当侧压系数为0.5时，塑性区的分布呈现出“蝶翼形”，随着侧压系数逐渐增大到1时，塑性区分布呈“帆船形”，分布较为均匀，侧压系数继续增加后，巷道逐渐成“窄高形”并最后发展成“沙漏形”。对鱼卡矿回风巷支护方案进行了优化，采用锚网索联合支护，并对巷道表面进行喷浆，巷道稳定后顶板下沉量为35 mm，帮部位移量为50 mm，满足安全生产需要。     

极弱胶结地层煤巷支护体系与监控分析

针对极弱胶结地层煤巷围岩自稳能力差、自稳时间短、围岩变形剧烈等特征,采用FLAC3D深入揭示了矩形、切圆拱形与直墙拱形等3种断面形状煤巷开挖后围岩位移、塑性区及应力分布规律,确定了极弱胶结地层煤巷合理断面形状;结合国内外煤巷支护理论与技术,提出了极弱胶结地层煤巷"双层锚固平衡拱结构",基于煤层厚度与巷道埋深,分类提出了极弱胶结地层煤巷支护技术方案,模拟验证了支护方案的合理性与可行性;基于围岩变形与支护结构受力实时监测及分析,动态掌握了极弱胶结地层煤巷围岩变形与支护结构受力状态,评价了支护效果与验证了支护方案的可行性。监测结果表明,切圆拱形断面煤巷成型较好、受力均匀,有利于巷道围岩的整体稳定,提高了煤巷开挖后的自稳与承载能力;锚网索联合支护技术方案有效地控制了极弱胶结地层煤巷围岩大变形与破坏,保证了巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。     

基于断面形状效应的厚顶煤巷道支护参数优化

针对厚顶煤矩形断面巷道顶板两侧肩角锚杆易剪切破断、顶煤易离层破碎等支护难题,以唐家会矿61201综放工作面运输巷为工程背景,通过数值模拟对矩形和直墙平顶肩角微拱形厚顶煤巷道应力分布特征进行了对比分析。结果显示:直墙平顶肩角微拱形厚顶煤巷道顶板两侧肩角无应力集中、顶帮煤体松动范围相对于矩形厚顶煤巷道均有所减小,尤其顶煤松动范围减小明显,说明直墙平顶肩角微拱形断面有利于厚顶煤巷道围岩稳定性控制。在此基础上,提出了相应的巷道围岩控制对策,并进行了支护参数优化,经过现场应用,不仅顶板两侧肩角未发生锚杆剪断现象,而且掘进期间顶板下沉量达到15 mm时就趋于稳定,回采期间顶底板累计移近量仅220 mm,两帮移近量仅150 mm,支护效果显著。     

节理岩巷应力分布规律与失稳机制研究

为研究具有层状特征的节理岩巷应力分布规律与变形机制及控制对策,通过将巷道直墙拱形断面等效为圆形断面,分析层状节理岩巷应力分布和应力集中影响,并以云南某矿埋深为750 m的阶段运输巷道为研究对象,通过现场调查和Phase 2数值模拟等方法,分析了巷道变形机制并给出了相应的支护对策.结果表明:通过粒子群算法得出的巷道应力集...     

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。     

深井高应力软岩巷道让均压加固技术研究

深井高应力软岩巷道支护难度较大,传统的支护方式难以控制围岩稳定。针对云驾岭矿深井轨道巷变形破坏特征及地质条件,通过理论分析,提出了巷道让均压支护理念,即通过让压环实现全断面锚杆、锚索受力均衡,设计了一次锚网索让均压支护和二次注浆加固的综合支护方案。现场工业性试验表明,拱形巷道拱肩部锚杆、锚索让压环首先让压变形,随后向顶部转移;锚杆让压极值为15t,锚索让压极值为18t。结果表明南翼轨道巷变形破坏得到了有效的控制。     

巷道围岩破碎区分布特征及其影响因素的数值模拟

基于圆形巷道经典松动圈解析解进一步推导了破碎区范围的分布特征,分析了围岩破碎区与巷道断面、侧压系数、埋深等因素的关系,评价了围岩稳定性。研究结果表明:巷道断面形态对围岩破碎区范围的影响较小;侧压系数<1.0时,巷道的两侧易发生失稳破坏;在侧压系数等于1.0时,巷道围岩破碎区分布最为均匀,巷道处于相对稳定的状态;侧压系数>1.0时,巷道顶底板处则较巷道两侧易发生失稳破坏;围岩破碎区范围随着埋深的增加而增大,在埋深为1 500 m时,巷道围岩达到了极限强度,从而认为巷道开挖存在一个极限埋深。     

大倾角特厚复合顶板巷道支护稳定性分析

针对大倾角特厚复合顶板煤层倾角大、围岩强度低、层间黏结力弱且易离层等特点,结合永宁煤业4105工作面顺槽巷道实例,采用FLAC^3D数值模拟软件,模拟了不同断面形状与支护参数巷道围岩塑性区分布规律和围岩应力分布、变形等特征。研究结果表明,直墙拱形断面巷道可改善围岩的应力状态,减小围岩塑性区破坏范围,降低围岩的变形量,更加适合大倾角特厚复合顶板巷道的开挖支护。