大断面T型巷道交岔点围岩失稳控制数值模拟研究

为解决T型巷道交岔点跨度大、围岩控制困难的问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合方法,研究T型巷道交岔点围岩破坏特征、控制机理和控制效果。研究发现:巷道交叉三角区域是最易失稳区,破坏形式有顶板冒落和弯曲下沉,影响因素有巷道断面、岩体强度、交叉角度和埋深等;基于加强两巷相交初期三角区域支护原则,提出T型巷道交岔点主巷、支巷和三角区锚网索加强支护技术和参数;数值模拟和现场实测表明锚网索加强支护后,围岩应力值和应力集中程度都明显缓和,巷道位移在可控范围之内,受力环境明显改善,支护形式和参数选择较合理。     

煤矿井底车场复杂弯道交岔点合理开挖顺序研究

为了揭示开挖顺序对复杂弯道交岔点稳定性影响规律,寻求合理的开挖顺序,运用FLAC3D软件对复杂弯道交岔点的开挖顺序进行数值模拟分析。结果表明:交岔点的塑性区域范围受开挖顺序的影响比较大,采用方案2和方案5开挖顺序引起的塑性区域范围明显小于其他开挖顺序。而交岔点的围岩变形与竖直应力受开挖顺序的影响较小,主要体现在随着开挖顺序的变化,表现出顶板变形范围的不对称性和两帮位移大小的不同。因此,在对复杂弯道交岔点进行开挖时,在条件允许的情况下应尽量选择均衡卸载方式,避免从支巷向主巷方向开挖及两支巷不同时开挖对交岔点稳定性造成的叠加影响,以提高交岔点的稳定性,保证矿井安全高效生产。     

复采动压扰动下巷道交岔点围岩力学响应及控制分析

对旧采区进行复采时工作面会多次穿越空巷。过空巷时回采巷道与空巷会形成多个交岔点。交岔点附近回采巷道变形大、交岔点处顶板冒落、两帮破碎是复采回采巷道稳定性的主要问题。圣华煤业现场统计观测表明,在超前支承压力作用下交岔点附近巷道变形严重、空巷冒落次数增加,围岩破碎。建立了交岔点围岩应力分布的力学模型,分析了交岔点处围岩应力分布情况,结合现场实测和相似模拟等综合手段给出了交岔点处煤柱压碎区的范围。分析了交岔点处围岩变形与破坏规律,提出了交岔点跨度的计算方法。现场实测表明设计支护强度能够保证巷道支护安全。     

巷道交岔点的数值模拟分析与支护

为了解决巷道交岔点处的围岩松散破碎引起的应力分布复杂难以支护的问题,本文采用FLAC3D数值模拟软件对巷道交岔点处加固补强前后的应力分布状态进行了模拟.通过对比分析,加固补强后重新胶结破碎的围岩强度得到了提高,已能承载部分上覆岩层的重量,能有效的阻止应力集中区向围岩深部转移,防止了塑性区的进一步扩大.据此制定了对巷道交岔点处破碎围岩采取浅孔与深孔超前预注浆进行加固,提高围岩强度,进一步安装顶板三维锚索和帮部预应力桁架补强支护的方案,并给出具体的加固补强的支护参数,实践中取得非常良好的效果,研究结果表明,该支护方式在类似复杂条件下的巷道交岔点应用中具有较大的推广价值.     

巷道交岔点稳定性影响因素的数值分析

为了揭示巷道交岔点失稳机理,寻求合理的交岔点支护方式,采用FLAC3D程序对不同交岔点形式、深度、围岩强度、开挖顺序及开挖步距大小等因素进行了数值模拟计算.结果表明:目前煤矿使用的各种形式交岔点的变形和破坏都超过普通巷道,其中十字交岔点的变形和破坏最大;就巷道埋深和围岩强度来说,两者均存在一个临界值,当巷道交岔点埋深超过临界值,及围岩强度低于临界值时,巷道交岔点的变形和破坏将会加剧;十字交岔巷道开挖时,应选用较小的开挖步距,并避免支巷从远处向主巷贯通,及两支巷同时开挖对交岔点造成叠加影响.因此,在埋深一定的情况下,应选择较硬的岩层布置交岔点,通过加固措施提高围岩强度,并选择合适的开挖卸载方式,以提高巷道交岔点的稳定性.     

夹角和开挖顺序对异形巷道交岔点稳定性的耦合影响

为揭示不同夹角和开挖顺序对矩形与拱形两种不同断面形状的巷道交岔点稳定性的影响,建立5个不同夹角的交岔点数值模型,拟定3种开挖顺序,利用FLAC3D软件进行数值计算分析。结果表明,增大夹角有助于提高交岔点的稳定性,夹角变化时开挖顺序对交岔点稳定性的影响具有统一的变化规律,但在单项指标上各有优劣。选取锐角区水平最大位移、交岔点顶板和底板垂直最大位移、塑性区体积和最大主应力对开挖顺序进行综合评判,确定最佳开挖顺序为方案Ⅱ,即先开挖靠近钝角区的主巷,再开挖支巷,最后开挖靠近锐角区的主巷。研究结果丰富了巷道交岔点稳定性研究成果,可供类似工程参考借鉴。     

深井嵌套式变截面巷道交岔点稳定性控制研究

深部矿井中,保持具有长服务年限的开拓巷道围岩稳定性十分重要,而井底车场中常存在两交岔点近距离连接使用的情形,在深部软岩环境下易出现大变形、支护失效等问题。以某煤矿嵌套式变截面巷道交岔点组围岩控制为工程背景,通过现场调研、地质勘查明晰了其具有3.9 m近距离嵌套式连接结构、变截面和大断面的属性及大范围穿层的特性,分析了在深部流变围岩下原支护方案失效的原因。为此进行精细化数值建模分析,得到主巷在三角岩柱侧的应力沿轴向存在“降低—叠加—恢复”的应力分区,两巷交叉角度越小,区域在轴向的距离越长,支承压力峰值及范围越大;变截面段随着截面的逐渐增大,围岩应力集中范围在横向与竖向均增大;塑性区在连接段发生多重叠加,宽度增加两倍以上,同时存在明显的穿层不连续状况,其范围在变截面巷道段及连接段急剧扩大。由此提出以中空注浆锚索为主的分段锚注强化控制方案,并经现场窥视与监测,加强支护有效保障了深井交岔点组围岩的稳定。     

塔拉壕矿3203辅运巷顶板变形破坏机理及支护技术研究

针对塔拉壕矿3203辅运巷围岩稳定与支护问题,通过现场实测和数值模拟分析了辅运巷的围岩变形破坏特征及其机理。结果表明:在工作面后方,巷道围岩开始出现变形破坏,随着工作面推进,破坏程度逐渐变大,当工作面推进300~400m后,巷道围岩开始趋于稳定。为防止发生冒顶事故,根据辅运巷顶板塑性破坏规律,提出了顶板分类补强支护措施,选择合理补打锚索、架棚支护等支护措施,以保证巷道安全。     

大断面立体斜交岔点支护与施工技术研究

为了解决立体斜交叉巷道交岔点因交叉断面大、开挖扰动大、施工难度大而造成的支护效果差的难题,提出对交岔点采用主动和被动相结合的刚柔联合支护方式,先对上部运料巷进行锚网索预加固,而后在巷道交叉段应用型钢支护,并采用盖挖法进行交叉段的施工。实践证明：这种支护方式和施工技术支护效果较好,起到了保证安全、降低施工难度、缩短运料巷运输中断时间的作用。     

软岩巷道锚注联合支护的数值模拟研究

以葛泉矿-190南翼运输大巷为研究对象,采用UDEC数值模拟软件对该巷道在全断面锚喷支护和全断面注浆与锚喷联合支护两种条件下围岩应力分布、围岩塑性区范围、围岩位移和锚杆受力情况进行了分析。结果表明:注浆能够改善锚杆受力状况;全断面注浆与锚喷联合支护能够改善围岩应力分布状况,缩小围岩塑性区范围,在巷道周边形成圆形承载拱,从而保证围岩的长期稳定。工程应用表明,通过数值模拟确定的支护方案是合理的。     

大断面巷道围岩变形机理及支护技术研究

为解决大断面巷道围岩变形量大、巷道支护困难等问题,以曹家滩煤矿122108工作面主运顺槽为背景,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对巷道围岩变形破坏力学机理和掘进过程中的应力场、位移场和塑性区进行分析,总结巷道掘进过程中围岩的变形破坏规律,在此基础上对巷道支护参数进行优化。结果表明:采用“锚杆+锚索+塑钢网+钢筋网”的支护方式可以有效控制围岩变形,提高巷道掘进速率。     

复合顶板煤岩巷道支护技术研究

依据巷道围岩地质条件,计算了运输大巷围岩破碎区、塑性区范围,给出了合理的锚杆支护参数,并结合数值模拟对支护参数进行模拟验证,确定的方案能够有效保证巷道的整体稳定性,具有良好的社会经济效益。     

松软煤层巷道围岩变形特征及控制技术

针对松软煤层巷道围岩变形量大、支护结构破坏严重的难题,以华盖山104工作面运输巷为工程背景,在分析巷道围岩变形特征的基础上,采用数值模拟方法,研究了锚网索喷支护巷道围岩位移、应力和塑性区分布特征。研究结果表明,煤层强度低、胶结性差以及支护方式不合理是造成围岩严重变形的主要原因;锚网索喷支护巷道围岩塑性区范围较小,应力集中区位于深部,到巷道中心的距离超过6 m,并取得了较好的工程应用效果。     

莒山矿15号煤层运输大巷支护方案研究

以莒山矿15号煤层主运输巷道为工程背景,采用系统分析法对各种影响因素进行论证分析,提出了巷道具体支护方案,通过数值模拟分析了巷道垂直应力、垂直位移及水平位移情况。数值模拟结果表明巷道围岩应力分布合理,巷道变形量相对较小,巷道支护方案合理,可以满足安全开采和运输要求。     

弱胶结软岩巷道围岩应力与位移分布规律及支护技术

针对西部浅埋弱胶结软岩巷道的复杂地质条件,基于X射线衍射试验、电镜扫描、岩石力学物理试验与现场监测,揭示了西部浅埋弱胶结软岩巷道围岩变形破坏失稳机理。根据巷道围岩大变形破坏特征,建立了FLAC3D数值模型,模拟演化了弱胶结软岩巷道的围岩应力位移分布规律和塑性区范围,研究结果表明:弱胶结软岩巷道围岩最大主应力决定了巷道围岩的破坏深度,且随围岩深度近似呈"へ"形分布;巷道围岩不同方向深部变形s与巷道表面距离h呈负指数衰减变化的关系。通过对比分析,数值模拟塑性区范围和地质雷达探测松动圈厚度基本一致,从而为弱胶结软岩巷道围岩稳定性分析及支护加固方案设计提供了科学指导。最后针对弱胶结软岩巷道塑性区范围,提出了"锚网喷主动支护+36U型钢支架+全断面锚注"的联合支护技术,现场监测结果表明改进的支护方案可以有效控制巷道围岩变形及塑性区的扩展,保证了巷道的长期稳定及安全。     

高应力软岩巷道围岩塑性区恶性扩展过程及其控制

以曲江煤矿-850 m东大巷延伸段深部高应力软岩巷道为工程背景,采用理论分析、数值计算、现场试验等手段,分析了高应力软岩巷道围岩塑性区的产生、形成过程。塑性区的发展一般经历5个阶段,即塑性点的出现、塑性环的形成、塑性环局部畸变、塑性区非均匀扩展、塑性区恶性扩展等。认为巷道围岩失稳主要是塑性环的局部畸变导致了塑性区的恶性扩展所致,要控制巷道围岩稳定,关键对策是控制塑性环的局部畸变,其次是控制塑性区的恶性扩展,使围岩塑性区尽可能均匀缓慢发展。根据塑性区控制原理,提出了"锚网索喷+底板锚索+局部锚索或注浆加强"的支护方案并在该巷道实施。数值计算表明,该巷道塑性区总体均匀发展,没有发生恶性扩展。现场监测结果显示,所采用的支护方案较好地控制了围岩。     

圆形巷道围岩塑性区的一般形态及其判定准则

巷道围岩塑性区形态决定了巷道围岩的破坏形式及破坏程度,以塑性区边界隐性方程为基础全面研究了圆形巷道围岩塑性区一般形态的变化规律。结果表明:在不同围压状态下均质围岩圆形巷道塑性区一般表现出圆形、椭圆形、蝶形3种形态。通过理论分析找到了3种形态的数学力学含义,并推导出不同形态下的判定准则。提出了塑性区形态系数的概念,推导出了形态系数的计算公式,利用其大小可判别塑性区形态特征。通过FLAC3D数值模拟方法验证了理论计算的正确性。研究成果可作为巷道稳定性分析、支护设计、冒顶灾害防治、冲击地压预测与防治、煤与瓦斯突出预测与防治等工程实践的理论依据。     

巷道围岩变形破坏特征及支护方案研究

为了确保巷道围岩的稳定性,理论分析了巷道围岩变形破坏特征,得出了开挖后巷道围岩变形速率分布及巷道塑性区和原岩应力的关联;数值模拟分析了不同支护条件下巷道垂直应力分布情况及不同滞后支护方案下巷道顶板垂直应力分布,得到了最优支护方案。最后进行现场实测分析,验证了该支护方案的可行性。     

煤矿“三软”巷道围岩破坏形式及支护措施

煤矿“三软”围岩巷道的支护一直制约着煤矿的高效生产。根据现场“三软”围岩巷道的主要破坏类型,理论分析其破坏原因,采用数值模拟分别模拟主动支护、被动支护和主被动协同支护下的巷道破坏变形情况,通过对模拟结果进行有效分析,得出:无论是主动支护还是被动支护,单一的支护形式无法满足现场的实际需求,而在主被动协同支护中,巷道的整体位移和塑性区的范围明显减小,同时较充分地发挥锚杆及U型钢的支护作用,能够取得较好的支护效果。     

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。