不同水平应力作用下巷道围岩破坏特征研究

为掌握不同水平应力作用下巷道围岩破坏特征,通过相似模拟试验方法研究了锚网索喷+U型钢支护巷道在不同水平应力作用下巷道围岩的变形和破坏特征。结果表明:随着水平应力的提高,巷道的变形先出现在拱肩和底角,围岩裂隙经历了产生—延伸—贯通的过程,巷道两帮的破坏程度小于顶底板的破坏程度,当侧压系数达到1.6,水平应力为28.0 MPa时,巷道底板出现滑移剪切破坏,且U型钢支架变形明显,当侧压系数达到2.2、水平应力为38.5 MPa时巷道变形量最大,达120 mm。     

构造作用下弱胶结泥岩巷道稳定性研究

针对构造岩作用下弱胶结泥岩巷道变形大、难控制等特点,以内蒙古西一五间房煤矿为研究背景,根据弱胶结泥的实际埋深(300 m),用侧压系数表示构造应力状态,建立了5组不同构造应力作用下的巷道开挖数值模型,分析了不同地质构造作用下弱胶结围岩巷道变形和塑性区演化规律。研究结果表明:当侧压系数小于1时,围岩塑性区主要发生在巷道两帮,呈蝶形分布,最大变形发生在顶底板;当侧压系数增加到1后,围岩塑性区近似呈圆形分布,随侧压系数继续增加,围岩塑性区主要发生在顶底板上,呈漏斗型分布,最大变形向巷道两帮转移。     

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。     

下山穿煤巷道的围岩应力分布及变形破坏规律

基于新光集团淮北刘东煤矿下山穿煤层巷道的地质赋存条件,采用UDEC数值模拟方法,分析了埋深、煤层厚度、水平地应力及岩层角度对巷道围岩的应力分布及变形破坏规律。分析结果表明,顶底塑性区是沿着垂直于岩层的方向分布,两帮塑性区是沿煤层分布的方向分布;巷道围岩中的煤体最易发生破坏,且煤层越厚破坏就越严重;随着埋深增加,巷道表面位移量显著增大,塑性区范围扩大,顶底板的破坏程度尤为明显;随着侧压系数的增加,巷道围岩塑性区的分布范围由两帮向顶底板转移,造成巷道两帮塑性区范围呈缩小的趋势,而巷道顶底板、两底角、两肩的围岩塑性区范围呈扩大的趋势;随着岩层角度的增加,垂直应力分布由“椭圆形”分布向“矩形”分布转变,两帮煤体内的塑性区范围有明显的增加,底板变形破坏程度加大。     

侧压系数对半圆直墙拱形巷道稳定性的影响

为探究侧压系数对巷道稳定性的影响,利用有限差分数值计算软件研究了应力场中侧压系数对围岩应力场分布、巷道变形和塑性区分布的影响。结果表明,在λ1时,围岩应力集中于巷道两帮,巷道变形不大,塑性区随着λ的增大而减小;在λ1时,围岩应力由两帮向顶底板转移,并且随着λ的增大向围岩深部扩展,顶板变形量远小于底板和侧帮变形,塑性区在顶底板扩大而两帮变化较小;将淮北矿区海孜矿地应力实测结果和巷道变形破坏情况与数值模拟得出的规律进行对比,两者基本一致。     

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。     

非等压应力场巷道围岩主应力差分布规律与稳定性分析

采用理论分析、数值模拟方法对非等压应力场巷道围岩主应力差分布规律与稳定性进行研究,重点分析不同侧压系数下巷道顶底板与两帮的主应力差分布演化规律、塑性区形态和变形演化规律.研究结果表明:侧压系数λ<1时,巷道两帮破坏范围大于顶底板;λ>1时,顶底板破坏范围大于两帮.基于数学拟合得到巷道围岩最大主应力差轨迹线方程,该式可计算出围岩破坏最严重区域.巷道在围岩四周会形成主应力差承载壳,λ 增大过程中,承载壳形态演化过程为:水平的类"8"字形→扁平椭圆形→圆形→瘦高椭圆形→类"8"字形.顶底板主应力差峰值随着 λ的增大而增大,并向围岩深部转移,两帮峰值随着λ的增大而减小,向围岩浅部转移.巷道围岩塑性区总是分布在主应力差承载壳内,其形态演化过程与主应力差承载壳保持一致.λ 增大过程中,巷道顶底板位移曲线离散程度不断增大,两帮位移曲线离散程度先减小后增大.λ<1时,两帮表面位移>顶底板表面位移;λ>1时,顶底板表面位移>两帮表面位移.λ越接近1,巷道围岩稳定性越好.以回坡底煤矿11-1021巷为工程背景,研究发现巷道围岩主应力差呈倾斜的类"8"字形分布,理论分析结果与巷道实际破坏情况吻合,验证了理论的正确性.     

侧压系数对圆形巷道周边应力分布规律的影响研究

应力场中侧压系数对围岩应力场分布有着明显的影响,在已有研究成果基础上,以圆形巷道周边应力分布规律为研究对象,经过数学力学分析得出:当1＜λ＜3时,巷道周边只有压应力;当λ＞3时,巷道周边应力既有压应力又有拉应力.压应力主要分布在巷道的两帮,拉应力主要分布在巷道的顶、底板,且呈对称分布.焦煤公司九里山煤矿原15回风巷道周边的分布和变形说明,得出的结论是合理的.     

基于断面尺寸效应的矩形巷道围岩稳定性研究

为研究断面宽高比对矩形巷道表面位移、剪切方位和破坏模式的影响,采用理论建模分析、数值模拟计算和现场工程应用的研究方法,对不同最大主应力方向条件下断面宽高比对矩形巷道的围岩稳定性进行了系统研究。结果表明:最大主应力为水平应力时,较大宽高比有利于矩形巷道稳定性控制,巷道顶板剪切破坏范围和两帮变形量均较小;当自重应力成为最大主应力时,矩形巷道两帮剪切破坏程度较高,顶底板和两帮表面位移较大,较小宽高比更有利于巷道稳定性控制。针对沙曲矿最大主应力为水平应力的工程实践,对宽高比为1. 76的矩形巷道进行现场矿压观测,顶板最大下沉量134 mm,两帮最大相对移近量195 mm,围岩控制效果良好。     

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。     

不同水平应力作用下巷道围岩破坏特征的物理模拟试验

利用自行研制的YDM-E型采矿工程物理模型试验系统,通过相似材料模拟试验研究不同水平应力作用下锚杆支护巷道以及无支护条件下巷道围岩变形破坏特征.实验结果表明：随着水平应力的提高,巷道无支护情况下顶板呈现楔形冒落;锚杆支护巷道顶板呈现层状整体垮落,当水平应力加大到一定程度,锚固体全部垮落之后,锚固区外亦呈现楔形冒落;巷道底板出现剪切滑移破坏,破坏的外轮廓线呈反拱形;巷道两帮的破坏程度小于顶、底板的破坏程度.因此,高水平应力作用巷道围岩控制的重点在于控制巷道顶、底板.     

近距离煤柱下巷道围岩裂隙演化规律研究

针对近距离煤层斜穿遗留煤柱巷道围岩大变形难题,基于登茂通矿地质条件,构建UDEC-Trigon数值模型,分析了距2~#煤层区段煤柱中心0、10、20、30 m处巷道围岩变形破坏特征及裂隙演化规律;结果发现:掘进期间,距煤柱中心0 m,两帮变形破坏严重,两帮移近量达602 mm,呈对称分布,距煤柱中心10 m,两帮变形呈不对称分布;回采期间,巷道变形破坏程度显著加剧,距煤柱中心10 m,顶板结构易失稳破坏,变形具有不对称性,距煤柱中心20 m处,巷道顶底板变形严重,距煤柱中心30 m处变形破坏相对较小。研究表明:距2~#煤层区段煤柱中心不同位置处巷道结构变形破坏呈显著差异性,围岩变形与裂隙发育呈正相关,小变形时以剪切裂隙发育为主,围岩失稳破坏伴随张拉裂隙快速增加。     

巷道围岩破坏形式与原岩应力场的关系研究

运用东北大学开发的RFPA2D程序模拟原岩应力变化时巷道围岩破坏过程,了解无裂纹巷道围岩破坏形式与原岩应力的关系。根据模拟结果,在垂直应力大于水平应力的情况下,破坏主要在巷道侧面上发生。反之,在巷道顶板和底板发生。2个应力之比越大,这样的现象越明显。2个应力相同的情况下,在巷道顶底板和两帮都发生破坏。因此巷道破坏形式与垂直水平应力之间的比值有关而与应力大小无关。     

极松软厚煤层简放开采回采巷道变形规律研究

淮北矿区芦岭煤矿8109工作面煤层为极松软厚煤层,采用简易放顶煤开采技术。为掌握简放工作面回采巷道受采动影响后围岩变形规律,对回采巷道围岩变形进行了观测。观测结果表明,运输巷围岩变形随时间整体上呈线性变化,支承压力影响区围岩的变形速率较原岩应力区巷道围岩的大,顶底板移近量和两帮移近量的变形速率呈现出一定的周期性变化;在支承压力影响区内,运输巷的两帮变形量和变形速率均大于顶底板移近量和移近速率。在采动影响下,回风巷围岩表现为明显的流变变形,变形随时间的增加而增长。在过支承压力峰值以后,随着离工作面煤壁越近,回采巷道变形表现越剧烈。回风巷围岩的顶底板移近量和两帮移近量大小相差不大,两帮移近量和速度大于巷道底鼓量和速度。     

煤柱集中载荷对不同错距巷道围岩应力的影响

研究煤柱下方不同错距巷道的应力状态,对煤柱下部邻近煤(岩)层巷道合理布置方式,以及巷道选取合理的支护方式具有指导意义.论文采用数值模拟方法分析了煤柱集中载荷下不同位置巷道围岩的应力分布特征.通过分析可知:当巷道位于煤柱中心正下方时,巷道顶底板及两帮受到对称作用力,支护亦应采用对称方式;当巷道位于煤柱边缘下方或巷道距离煤柱一定距离时,巷道顶底板及两帮受力不对称,靠近煤柱侧受力最大,最容易发生破坏,因此靠近煤柱侧需加强支护,应采用非对称支护.     

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。     

不同侧压巷道塑性区变异性特征模拟分析

侧压系数λ对巷道围岩稳定影响较大,在不同侧压系数作用下开挖巷道围岩的破坏区形态和范围均不同。应用数值模拟方法,分析了不同侧压系数条件下埋深分别为400 m和800m圆形巷道塑性区分布特征,并提出了相应的巷道支护对策。结果表明:λ=1时,巷道围岩塑性区为圆形;λ>1时,巷道围岩塑性区为竖椭圆形;λ<1时,巷道围岩塑性区为横椭圆形;λ>1时巷道支护应以控制顶底板为主,λ<1时巷道支护应以控制两帮为主;相同侧压时埋深越大巷道围岩塑性区范围越大,但增长幅度与埋深呈非线性关系。     

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.     

侧压系数及埋深对巷道围岩应力分布的影响

运用FLAC3D数值模拟软件,分别对埋深600、800、1 000 m和侧压系数0.5、1、1.5情况下煤层底板岩巷顶底板和两帮的垂直、剪切应力分布规律进行了模拟分析。结果表明:随着侧压系数的增加,巷道帮部围岩垂直应力呈递减状态,剪切应力、顶底板围岩垂直应力呈增大趋势;随着煤层埋深的增加,巷道围岩垂直、剪切应力集中区范围不断增大,峰值点位置逐渐向巷道围岩深部移动。研究结果对巷道合理支护选择具有指导意义。     

软岩硐室变形破坏特征数值模拟研究

通过数值模拟对晋城某矿东部变电所硐室变形破坏规律进行了研究。结果表明:在高地应力条件下,硐室开挖后两帮变形量分别为顶板和底板变形量的1.7倍和1.1倍;硐室围岩位移随时间呈线性增长,两帮位移平均变化速度分别为顶板和底板位移的1.7倍和1.1倍;垂直应力在顶底板中部形成应力降低区,呈拱形对称分布,在两帮形成垂直应力升高区,呈耳状对称分布;水平应力在两帮形成应力降低区,呈蝶状对称分布,在顶底板形成应力升高区,呈拱形对称分布。