大断面六边形巷道周边应力分布及其支架设计

针对大采高回采巷道易失稳的问题,从巷道断面形态与围岩稳定的关系出发,提出一种改善围岩应力分布的大断面六边形巷道。以五里堠矿3号煤层地质开采条件为工程背景,利用弹性力学复变函数理论,对比分析了4种六边形巷道周边应力分布规律。研究结果表明：高宽比0.8、帮倾角60°的六边形巷道(工况1)周边应力分布最均匀、应力集中程度最小;使围岩塑性区最小的帮倾角为60°,工况1为最优断面;集中应力随采深和侧压系数的增加而增大;振速越大,动应力集中越明显,动-静应力叠加会显著加剧巷道冲击失稳风险。基于上述分析,设计了适用于六边形巷道力学特征的金属支架,且通过强度校验证明了支架设计满足工程要求。     

基于复变函数法的深部矩形巷道围岩的黏弹性研究

为了研究深部矩形巷道的围岩稳定性,采用复变函数的保角映射函数,将ξ平面上的矩形小孔,映射为z平面上的单位圆。通过弹性力学的方法,将矩形单孔问题简化为在无限域内孔周边的应力问题,并结合鲍尔丁-汤姆逊黏弹性模型,得出深部矩形巷道围岩的应力分布。研究表明:矩形巷道的围岩应力状态变化与矩形的宽高比和测压系数有直接的关系;并运用数学软件mathmatic,将表达式图形化,直观的看出工作面周边应力分布情况。     

矩形巷道围岩应力的分布规律与实例分析

针对大断面矩形巷道围岩应力这一问题,将矩形巷道应力问题简化为无限大弹性平面内的矩形孔问题。对应力在复平面内的一般表达式与边界条件进行保角变换,得到复平面上矩形孔应力分量表达式,通过推导得出了矩形巷道在极坐标系下单位圆的映射函数,进而得出矩形巷道围岩应力的弹性解。通过依照目标巷道的地质环境对解析式不同参数赋值,利用MATHCAD与ORIGN得出了保角变换后巷道的等效轮廓线以及在极坐标下不同宽高比与侧压系数下的径向应力分布规律。通过极坐标系向直角坐标系的转化公式描绘出了在巷道不同位置应力变化趋势。结果表明巷道宽高比宽高比越大,帮部应力越小,顶板应力越大。侧压系数越大,顶板应力峰值越大。     

软岩巷道二次支护时机研究

为了准确地确定二次支护时机，基于软岩巷道工程支护原理，分析了软岩巷道支护过程中围岩应力与强度调整过程，结合软岩巷道流变数学力学模型，并以弹性区、塑性区、破裂区的力学行为与岩石全应力－应变的对应关系作为基础，最终确定了二次支护最佳时间的理论公式。分析了二次支护最佳时间的影响因素及规律，并将二次支护时机理论公式应用于工程实践。结果表明，按照该理论公式设计二次支护时机能够较好地控制巷道围岩的稳定性。     

急倾斜巷道围岩500m埋深水平应力数值模拟分析

以徐州矿务集团旗山矿深埋巷道为研究背景,运用FLAC3D软件,建立了层理倾角为90°的急倾斜巷道围岩模型,模拟了500 m埋深条件下巷道围岩水平应力演变特征。同时,在巷道围岩右帮设置监测点,监测围岩水平应力的分布情况,并将应力监测曲线与圆形孔周围应力分布理论曲线(解析解)进行对比分析,分析结果显示数值模拟结果和理论解析结果一致。     

深部巷道等强支护控制理论

本文调查了大量的煤矿巷道现场破坏案例,提炼了6类15种典型破坏模式,分析了圆形与矩形巷道的围岩受力特征及应力分布规律。基于巷道围岩梯度破坏机理及矩形巷道等强梁支护模型,提出了深部巷道等强支护控制理论力学概念模型,即根据巷道围岩受力特征,采用开槽卸压、注浆加固、锚杆(索)主动支护、钢管混凝土被动支护等综合手段,有效调整巷道围岩的应力状态,以期实现不同位置围岩能够达到安全且与地应力比相匹配的等效应力状态,获得应力分布趋于均匀、塑性区范围相似的理想状态。给出了不同埋深、不同断面形状巷道所需的等强支护强度计算公式,数值模拟了圆形与矩形巷道在等强支护前、后围岩应力变化,验证了等强支护后围岩应力场能明显改善。等强支护控制模型一定程度上为深部巷道围岩控制提供了理论和实践指导。     

巷道围岩支形的力学动态与支护对策

巷道围岩支形的力学动态与支护对策中国矿业大学北京研究生部范广勤１巷道围岩变形的力学动态工程实践和理论研究表明：巷道开挖前岩体处于受地应力场的初始应力作用，即三向应力应变状态，称为一次应力状态。巷道开挖后，由于应力重新分布，围岩处于二次应力状态。若二次...     

基于复变函数法的矩形巷道应力集中系数黏弹性分析

煤矿深部开采中矩形巷道变形严重,但是现有弹塑性理论都是对圆形或椭圆形巷道进行的理论应力分析。复变函数方法能处理复杂形状边界的力学问题,为了解决矩形巷道的围岩稳定问题,利用复变函数理论对矩形巷道进行应力分析。通过复变函数和黏弹性理论推导出矩形巷道的周边应力集中系数,并分析了应力集中系数和时间、不同θ值的关系,研究结果表明:应力集中系数随时间而降低,两帮的应力集中系数要大于顶底板。     

矩形巷道围岩应力分布规律模拟试验研究

矩形巷道围岩应力分布规律较为复杂,且与地应力、地质构造、围岩岩性等因素有关。在理论分析的基础上,采用相似模拟试验的研究方法,通过对不同围岩强度等级的矩形巷道围岩应力分布规律开展研究,进一步揭示矩形巷道开挖后围岩的次生应力场分布规律。研究结果表明:矩形巷道开挖后帮部重分布的次生应力场会形成较高的集中应力,应力集中系数平均达到3.0;矩形巷道围岩的应力转移及分布是一个复杂的动态变化过程,其变化与围岩的强度有很大关系。     

浅析采动影响下巷道群围岩应力分布特征

为了研究采动影响条件下工作面应力重分布特征,结合弹性力学理论分析,得到了沿工作面推进煤岩体的超前支承压力分布状态并简化为线性载荷分布形式,建立了工作面前方围岩垂直应力表达式,积分求解得到完整的应力分布方程。通过对晶鑫煤矿二采区车场巷道群围岩应力的力学估算,得出工作面采场及车场各巷道的围岩应力集中显著且影响范围较广,不利于各巷间的承载结构稳定。因此,在回采支护设计中要加强车场巷道的稳定性,特别是承载能力较弱的交岔巷道支护,确保各巷道在服务年限内的稳定可靠。     

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。     

交错巷道巷间围岩承载结构稳定性分析

针对普遍存在的矿井交错巷道围岩体稳定性及支护问题,运用极限平衡分析和弹塑性力学建立交错巷道巷间围岩稳定性分析判别方程,探讨了交错巷道巷间围岩稳定性主要影响因素,并进行了工业性试验。结果表明:交错巷道巷间围岩体受围岩水平应力集中叠加影响,围岩破坏自巷间围岩体上下表面向中部延伸,加之巷间围岩体尺寸有限,一旦破坏贯通将致使巷间围岩承载存在失稳隐患;交错巷道巷间距越小,越近乎平行布置都会加剧巷间围岩破坏且诱发巷间围岩破坏贯通,合理设计断面尺寸及下方巷道合理支护强度可有效控制并维持围岩稳定;现场采用交错巷道联合支护方案后,交错位置上巷道断面完整无较明显变形且下巷道围岩最大变形量小于100 mm,支护效果显著。     

联井型巷道布置的三维数值模拟及掘进顺序优化

巷道掘进顺序是影响围岩稳定性的关键因素,运用有限元分析软件建立3个水平的局部巷道分布模型,上两水平巷道已掘进完毕,通过对第3水平采准巷道掘进及其不同掘进顺序下的围岩力学特性分析,为采准巷道的合理掘进提供参考,以便尽量减少因巷道掘进对围岩造成的不利影响。模拟结果表明,掘进顺序不同,交叉点的围岩应力分布情况及安全系数有明显的差别,间隔双条进路同时掘进对围岩扰动的影响最小。     

基于多维联系云的巷道围岩稳定性

为提高地下金属矿山巷道围岩稳定性评估的准确性,有效分析处理具有随机性、模糊性特征及多指标因素之间交互影响的复杂性问题,根据工程实际,选取5个典型影响因素,构建了围岩稳定性评价体系,运用区间层次分析法（Improved AnalyticHierarchyPwcess,IAHP）和改进独立性权重法（Improved Criteria importance Though Intercrieria Correlation,ICRITIC）分别计算指标主、客观权重,基于博弈论思想,确定指标最优综合权重,结合多维联系云模型理论,建立了地下金属矿山巷道围岩稳定性综合评价模型。以国内14条典型巷道工程为样本数据进行检验,并与模糊综合、未确知测度两大模型的判别结果及实际情况进行对比。最后,将模型应用到某金矿巷道围岩稳定性实例分析与评估中。研究结果显示,基于博弈论-多维联系云的地下金属矿山巷道围岩稳定性评估结果与现场调查结论完全一致,验证了本模型在巷道围岩稳定性评价方面具有可行性和有效性,可以为地下金属矿山巷道围岩稳定性评估提供一种准确的、可量化分析的新思路。     

高应力条件下岩巷层位选择的数值模拟分析

某矿即将开采6煤,拟将6煤轨道大巷、回风大巷及运输大巷布置在其底板岩层中。为了确定大巷的具体位置,通过FLAC3D数值计算软件对巷道的具体层位选择情况进行模拟研究,分析了不同层位条件下巷道的围岩变形、塑性区分布以及应力分布情况,模拟结果表明将巷道布置在6煤底板9.0m厚的石英砂岩中,巷道的变形量最小,受力状态最好,有利于巷道的整体维护。     

高应力爆破扰动条件下巷道围岩损伤数值模拟研究

深部巷道围岩在频繁爆破扰动作用下微裂隙不断产生、扩展与贯通,形成宏观破裂,岩体失稳灾害日益突出。本文采用FLAC3D软件,考虑不同侧压力系数,开展高应力爆破扰动条件下巷道围岩损伤规律研究。结果表明：应力环境明显影响巷道围岩的损伤特征。初始应力条件决定巷道围岩的破坏区域和破坏形态分布,爆破扰动会加剧巷道围岩的损伤,加快破坏速度。与初始应力状态相比,爆破扰动造成巷道围岩松弛区变厚、应力集中程度和影响范围增大,同时改变围岩中位移的分布特征和范围,并增大围岩的最大位移量。巷道围岩所受双向载荷差值越大,爆破扰动作用后塑性区的深度就越深,破坏增量也越大,巷道围岩塑性区的范围远大于松弛区。支护工程应控制松弛区围岩,避免其发生垮落。研究为深部巷道围岩控制提供支撑。     

基于开拓巷道稳定性分析的泥河铁矿阶段开采顺序研究

埋深超过600 m的泥河铁矿一期工程设计为两阶段（-750 m阶段、-830 m阶段）充填开采,开拓巷道的稳定性是影响阶段开采顺序选择的关键因素之一。选取典型勘探线剖面建立二维有限元计算模型,根据一期工程可能的阶段开采顺序制定自下而上（方案一）和自上而下（方案二）2种计算方案。对2种方案各开采步骤进行有限元应力分析,对比2种方案下开拓巷道的围岩应力分布状态和巷道稳定的安全系数,选取合理的阶段开采顺序。结果表明,在开采过程中2种阶段开采顺序下的绝大部分巷道围岩局部有拉应力产生;方案二与方案一相比,拉应力的分布范围更小,开拓巷道围岩最小主应力最小值较大,安全系数也较高,开拓巷道更为稳定。因此,采用自上而下开采顺序的方案二即先采-750 m阶段、后采-830 m阶段的开采方案更优。     

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。     

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。