特厚倾斜复合顶板巷道破坏特征与稳定性控制

大倾角特厚复合顶板巷道因其围岩原位强度低、层间黏结力弱,在复杂应力作用下巷道围岩具有非对称破坏特征。结合具体工程实例,采用相似模拟试验、FLAC3D数值模拟和工程测试等方法,分析不规则梯形与拱形巷道在常规对称支护和非对称强力支护条件下围岩应力、位移等变化规律,揭示特厚倾斜复合顶板巷道的非对称破坏机理。研究表明:受岩层赋存特征影响,巷道围岩结构和应力分布的非对称性是造成巷道非对称性破坏的根本原因;复合层状岩层结构面法向约束力减小与钝角部位应力集中直接导致弱面剪切滑移失稳;采用拱形巷道与非对称强力支护能有效改善围岩应力状态、减小围岩变形,提高巷道支护体系的平衡承载能力。     

厚软弱顶板岩层巷道围岩控制技术研究与应用

为解决厚软弱顶板岩层下巷道维护困难问题,以新大地公司15303工作面回风顺槽为工程背景,分析了厚软弱顶板岩层下巷道围岩变形破坏特征,开发了的厚软弱顶板岩层下巷道围岩控制技术,技术应用后,有效解决了厚软弱顶板岩层下巷道维护难题,实现了15303工作面回风顺槽的稳定控制.     

赵固一矿巷道复合顶板岩层结构类型与稳定性数值模拟分析

巷道复合顶板稳定性与软硬岩在巷道顶板的位置、薄厚和组合情况密切相关,本文采用现场实测、理论分析和数值模拟方法,分析了赵固一矿巷道复合顶板岩层结构类型,研究了不同岩层组合巷道顶板破坏特征与破断规律。研究表明:巷道复合顶板按岩层层位和组合情况可划分为单一软岩、下硬上软、下软上硬和软硬互层4种总结构类型,按岩层厚度继续划分为单一厚软、厚软厚硬、薄软厚硬、薄硬厚软、厚硬薄软和软硬薄多层相间6种亚结构类型。对于单一软岩和厚软厚硬顶板,垮落后冒顶形态呈圆锥形,紧邻其上部软岩形成外形如梁,实质是"铰接拱形"的平衡结构,最终趋于稳定;对于薄软厚硬和软硬薄多层相间顶板,垮落后冒顶形态呈平顶形,紧邻其上部硬岩由于自身承载能力强,最终趋于稳定;对于薄硬厚软和厚硬薄软顶板,无垮落现象,若硬岩继续变薄、巷道跨度加大或埋深增加,应注意监测和及时补强。基于赵固一矿已掘和未掘巷道顶板岩层结构类型,能够对现有的支护形式与支护参数进行评价和修正,保证掘采期间巷道顶板稳定。     

多软弱夹层的巷道顶板稳定特性及支护设计

建立了多层软弱夹层条件下巷道坚硬层状复合顶板的力学模型,分析了其结构特征、离层破坏机理及判据,基于关键层理论、组合梁理论和悬吊理论的基本原理提出了巷道顶板锚固支护参数的计算方法。研究表明:含多个软弱夹层的坚硬复合顶板由于顶板岩层的离层导致顶板刚度降低从而致使顶板下沉、破裂、冒落;顶板岩层的离层状况主要由各层的弯曲挠度的差异性所决定;通过锚杆形成的顶板组合梁需要具备足够的组合强度,否则很容易和老顶发生离层并造成岩梁两端发生弯曲断裂或剪切破坏而形成简支梁结构,最终使岩梁失稳冒落;合理的顶板锚固参数尤其是预紧力设计对于控制巷道顶板岩层的失稳作用明显。     

考虑轴向应力影响的圆形巷道围岩塑性区边界近似解

为了研究考虑轴向应力作用的巷道围岩塑性区边界问题，基于Mohr-Coulomb准则，通过引入Lode角参数，推导出考虑轴向应力作用的圆形巷道围岩塑性区边界隐性方程，通过变化巷道水平应力σ_x、轴向应力σ_y分析了不同应力场下的围岩塑性区尺寸及形态，并通过数值模拟进一步说明了理论分析的可靠性。此外还研究了围岩黏聚力C、内摩擦角φ、巷道半径R、泊松比v对巷道围岩稳定性的影响。结果表明：(1)固定轴向侧压变化水平侧压的条件下，围岩塑性区尺寸变化会分为敏感区和迟钝区，且在水平侧压变化的过程中围岩塑性区形态会呈现圆形、椭圆形及蝶形3种形态。(2)固定水平侧压变化轴向侧压的条件下，围岩各位置的塑性区会呈现强烈的区间效应，通过与平面应变问题下的塑性区尺寸对比将区域分为轴向应力影响区和轴向应力无影响区。在轴向应力影响区内，轴向侧压的变化对围岩的塑性区尺寸影响较大。(3)巷道围岩的破坏形态由水平侧压η1决定，轴向侧压η2对塑性区形态影响较小，对尺寸影响较大。(4)围岩C、φ的增加会使巷道围岩的塑性区尺寸不同程度的减小，R的增加会使围岩不同位置塑性区呈等差数列增大。...     

破碎围岩巷道变形特征及支护参数优化

巷道帮部破碎围岩在采动应力诱发下的动力灾害问题严重制约现场安全高效掘进。针对破碎围岩巷道帮部突然性断裂垮落致诱动力灾害问题,根据巷道地质条件和布局,考虑顶底板帮部裂隙分布规律和开采扰动影响,采用现场勘察、理论分析、数值计算和微震现场监测等手段和方法,综合分析破碎围岩巷道变形特征及支护参数优化设计。结果表明:受重力作用,岩层顶板在拉伸应力作用下拉伸应力区呈U形破坏分布,巷道经过支护后,顶板运移量大幅度减小,同时减缓覆岩整体性破坏程度;受巷道掘进扰动影响下顶板更易发生结构失稳,巷道支护能够有效阻碍覆岩顶、底板运移,缓解岩体灾变概率,动力灾害得到有效控制,巷道实现安全掘进。     

不同应力状态下深井水平层状软岩巷道底鼓机理研究

为研究深埋层状岩石应力边界条件下巷道变形破坏规律,基于欧拉公式,利用压杆稳定理论、摩尔库仑准则和挠曲破坏力学模型,分析不同层状岩体巷道变形破坏机理,按岩体柔度对层状岩层进行划分,考虑应力边界条件,建立新的力学强度参数,并结合旗山煤矿工程地质条件,利用Flac3D数值模拟分析不同应力边界条件下层状底板岩层巷道变形破坏动态演化规律。研究结果表明:1)压杆稳定理论能很好地适应于层状岩体顶底板巷道变形破坏模型,可将层状岩体近似成压杆叠合体。2)将底板破坏强度与顶板破坏强度之比定义为K_c,所建立的力学强度参数能较好地反映巷道顶底板破坏演化规律,当K_c1,底板破坏临界应力比顶板破坏临界应力大,则顶板先破坏,产生的位移量较大;当K_c=1,底板与顶板的破坏临界应力趋于一致,同时破坏产生位移;当K_c1,顶板破坏临界应力比底板破坏临界应力大,则底板先破坏,产生的位移量较大。3)当K_c值逐渐趋向于1时,顶底板位移量也不断趋于接近。因此可逐步提高薄弱岩层的强度,通过研究Kc值的变化规律,从围岩整体稳定性方面考虑获得最佳的支护方式。     

紫晟煤业2-101回采巷道围岩变形机理与控制研究

为解决厚泥岩顶板巷道围岩变形严重且不易控制的难题,以霍州煤电紫晟煤业2-101回采巷为背景,综合理论分析、现场实测、支护优化的方法,分析了厚泥岩顶板巷道围岩变形特征与变形原因,对2-101回采巷支护参数进行了优化。结果表明:围岩变形特征表现为顶板下沉严重、支护体失效、围岩流变性大;围岩变形主要原因为地质条件复杂、支护体承载力不足、顶板下位岩层破坏。     

深井围岩采准巷道的变形与破坏

介绍了深井软岩、层理发育岩层巷道的变形与破坏机理，分析了层理发育围岩巷道支护失败的原因及维护手段、软岩巷道变形破坏原因及防治措施；提出了控制围岩变形及适合层状发育与软岩巷道的支护方法。     

软弱夹层巷道围岩失稳特征分析及控制技术研究

为研究软弱夹层对煤矿巷道围岩失稳破坏的影响,基于3DEC离散元模拟软件,建立了不同工况条件下含弱层煤矿巷道数值计算模型,提出割底岩掘进方案，并对不同工况条件下方案进行对比分析及对软弱夹层作用下巷道围岩失稳破坏规律展开研究。结果表明:巷道变形特征与巷道在煤层中布置方式、煤层顶底板围岩强度有关，夹矸层在煤层中不同层位对巷道变形破坏影响也不同。弱层的存在改变了围岩中应力传递路径,软弱夹层与上下相对坚硬岩石交界层面处，因摩擦约束应力作用，导致夹层处的水平应力减小，从而该处位置的强度随之下降，夹层丧失承载能力发生破坏,进而加剧围岩的剪切破坏与水平滑移。通过不同工况方案对比，得出巷道掘进过程中控制割岩层位，夹层置于煤层底板下0.3 m工况方案满足要求。     

不同地应力条件下巷道围岩松动圈演化研究

基于Mohr-Coulomb准则,建立考虑不同侧压系数条件下的巷道围岩松动圈理论计算模型,结合工 程算例对不同侧压系数的地应力条件下圆形巷道围岩松动圈范围进行了求解分析;采用数值模拟 方法对巷道开挖的松动圈范围进行了计算,并与理论求解结果进行了对比分析。结果表明：①当侧压力系数λ=1时巷道围岩的塑性松动圈为圆形,且松动圈半径随地应力的增大而增大。② 不同侧压力系数条件下巷道松动圈范围有所变化。顶底板围岩松动范围随λ的增大而增大。 而当λ＜1.0时巷道两侧壁松动范围随λ增大而减小,λ＞1.0时随λ增大呈增 大趋势,但整体上的变化量不大。③通过理论计算与数值模拟得出的松动圈分布规律基本一致。     

特厚煤层综放开采采空区侧向矿压特征及应用

以水帘洞煤矿3801特厚硬煤层综放工作面开采为工程背景,对采空区侧矿压显现进行了两次在线实时观测,结果如下：① 得到了采空区巷道覆岩移动、支护体受力、侧向支承压力显现特征,揭示了工作面上端头采空区侧周期来压等于走向周期来压步距,建立了采空区侧向上位直接顶“岩-矸”结构（位于煤层上方16~24 m）、基本顶“岩-梁”结构的覆岩结构模型;② 建立采空区巷道隔离墙受力模型,结合实验得到的矸石充填体“应力-应变”关系,计算得出采空区巷道隔离墙承载性能适应覆岩运动;③ 根据工作面上端头采空区侧周期来压超前于支护受力、侧向支承压力显现的时序关系,确定了覆岩运动对压力显现的主导作用。应用研究结果,优化3802运输巷与3801综放工作面煤柱宽度为8 m,较以往煤柱宽度减少22 m,已施工完毕的3802运输巷达到了预期效果,技术经济效益显著。     

空区顶板安全厚度和临界跨度确定的数值模拟

为了确定空区上方顶板厚度和临界跨度之间的关系,本文以某露天铁矿采空区群为工程实例,通过现场取样测定的岩石力学参数为基础获得顶板岩体力学参数,采用K.B.鲁别涅依他公式法、厚跨比法、结构力学梁理论、平板梁理论法对其进行计算。同时,作者利用RFPA数值模拟方法对空区顶板的损伤及垮塌过程进行数值模拟,计算空区顶板发生初始损伤和失稳垮塌时顶板安全厚度与临界跨度之间的关系。K.B.鲁别涅依他公式法所得结果与RFPA计算的顶板发生初始损伤时的数值结果最为接近,两者的比值可认为是从数值模拟获得的安全系数。由此可见,由K.B.鲁别涅依他公式法计算的顶板临界厚度保留了很大的安全系数,基于RFPA的数值模拟可以计算该安全系数,具有更为广泛的适用性。     

巷道复合顶板离层的影响因素敏感性分析

为分析各种因素对复合顶板离层的影响程度,选用原岩应力、巷道宽度、复合顶板岩性、复合顶板厚度及结构面黏结力和内摩擦角6个因素5水平的正交实验数值,模拟分析了不同条件的离层值和结构面分离范围.结果表明:巷道宽度和复合顶板厚度对层间离层值和结构面分离范围都产生显著影响,随巷道宽度增加和复合顶板厚度减小,离层值和结构面分离范围近于线性增加;一定范围内原岩应力、复合顶板岩性对结构面分离范围产生显著影响,对结构面层间离层有一定影响;结构面黏结力和内摩擦角对离层和结构面分离范围影响很小.     

水体下巷道超前掘进安全长度的确定

水体下巷道掘进的安全性,取决于巷道顶板岩体承压能力和水体压力的平衡.岩体承压能力又与岩性、厚度、岩石的节理裂隙等后期破坏程度有关,水体压力与水位差成正比.在已知水位差、岩性的情况下,通过平衡经验公式可以得到压力平衡状态下的岩石理论厚度.利用不同位置的岩石实际厚度与理论厚度进行对比,可以大致确定巷道掘进的安全程度,从而就可以确定巷道在什么情况下应该探放水,什么情况下可以正常掘进.这种方法将原来水体下掘进安全评价由定性变为定量,更为具体、直观、可靠,对于指导巷道安全掘进和提高掘进效益具有重要意义.     

三山岛金矿软破介质下残柱开采的稳定性分析

为确保三山岛金矿顶底残柱安全高效回采, 采用理论力学与数值模拟对散体下顶底残柱开采过程进行了稳定性分析。建立了理论力学模型, 应用修正普氏拱理论计算了进路顶部荷载, 采用数学力学解析法对不同规格的进路在开挖过程中的承载层进行了内力分析, 得出了进路开采半宽和承载层厚度之间的拟合函数, 进而得出了不同跨度进路顶板需预留原岩的最小安全厚度。应用ABAQUS软件对不同规格进路的开挖过程进行了塑性变形和顶板应力分析, 得出了进路的合适采高及预留原岩的安全厚度, 以及不同跨度的进路顶板冒落规模, 从而得到采场进路宽和高分别为1.5 m和1.6 m。将理论力学分析和数值模拟分析的结果应用于三山岛金矿残柱的开采中, 并对采场沿脉巷道进行位移监测, 能确保试验采场安全生产。     

基于改进梁模型的地下空区顶板安全厚度分析

针对天然水平应力程度对地下采空区的影响,以某地下矿山采空区为工程实例,将地下空区顶板视为改进梁模型,结合岩梁、结构力学和材料力学理论,以顶板岩层抗拉强度为控制条件,推导出地下空区不同跨度下顶板的安全厚度。研究结果表明,顶板安全厚度随空区跨度的增加而增大,近乎呈线性关系。低水平应力时随空区跨度增加对顶板厚度整体影响都较小;当采空区跨度较小时,不同水平应力程度对顶板安全厚度的影响可忽略不计;当空区跨度达到一定程度时,随空区跨度的增加改进梁模型计算的顶板安全厚度增加幅度变大。     

硬岩层状顶板稳定性规律数值分析研究

顶板垮落是金属矿山地下开采过程中较为严重且常见的工程灾害之一,针对中钢苍山铁矿层状顶板岩石特性,分析了岩层破坏过程和各因素的影响规律,利用FLAC3D软件建立三维数值力学分析模型,对顶板进行应力应变分析,通过数值分析软件研究50－300 m埋深时,顶板随不同的岩层分层厚度、不同的埋深等因素而变化的破坏规律。     

硬岩层状顶板稳定性规律数值分析研究

顶板垮落是金属矿山地下开采过程中较为严重且常见的工程灾害之一,针对中钢苍山铁矿层状顶板岩石特性,分析了岩层破坏过程和各因素的影响规律,利用FLAC3D软件建立三维数值力学分析模型,对顶板进行应力应变分析,通过数值分析软件研究50～300 m埋深时,顶板随不同的岩层分层厚度、不同的埋深等因素而变化的破坏规律。     

深井巷道底鼓机理及切槽控制技术分析

为了确定水平应力对深井软岩巷道底鼓的影响,采用数值模拟软件FLAC3D对不同岩性、不同侧压系数的巷道变形破坏情况及底板切槽深度对巷道变形的影响进行了研究.结果表明,岩性较弱时,侧压系数对巷道变形影响较大,侧压系数小于1时,巷道顶板下沉量较大,侧压系数大于1时,两帮变形量及底鼓量较大,且侧压系数越大,两帮变形量及底鼓量越大.底板垂直切槽技术能有效减少巷道底鼓量和顶底移近量,切槽深度为巷道宽度一半时,巷道稳定性最好.