直角梯形巷道围岩应力非对称特征数值模拟研究

针对石炭井二矿区倾斜煤层直角梯形巷道围岩出现非对称变形破坏,给巷道的稳定性控制和支护带来很大困难的问题,采用数值模拟方法,对该矿区巷道垂直应力、水平应力及水平位移进行了系统分析研究,给出了倾斜煤层直角梯形巷道围岩应力的分布规律及破坏特征。研究结果表明:巷道两帮、顶板及尖角处均呈现明显的非对称应力集中现象,主要表现为两帮应力集中峰值和距帮部侧壁的距离差异明显,并随着倾角和地应力增大而增大,当倾角为18°～27°,低帮应力集中峰值为高帮的1.07～1.33倍,高帮到巷道帮部侧壁的距离比低帮大1.26～3.79 m。其次沿煤层倾角相同方向对称的两尖角处表现为明显的压应力区,而相反方向两尖角处则表现为明显的拉应力区,且压应力和拉应力的最大值均出现在巷道顶板的两尖角处,其破坏特征表现为低帮一侧及底板严重的变形破坏。     

走向顺层软岩巷道非对称锚网索支护优化研究

以贵州省遵义县某煤矿走向顺层软岩巷道为工程背景,采用巷道变形量现场实测、数值模拟等方法,分析了倾斜、急倾斜煤层附近的走向顺层软岩巷道变形破坏特征,提出非对称锚网索联合支护方案,确定了支护设计的基本参数。工程实践表明:在应力分布不均且松软复杂围岩条件下的走向顺层巷道中,采用非对称锚网索联合支护可较好地控制巷道围岩稳定。     

深井倾斜煤层穿层巷道应力分布及非对称变形规律

随着开采深度增加,受高地应力影响,倾斜煤层穿层巷道非对称变形问题更加显著。为解决非对称变形巷道的支护难题,针对典型巷道,采用理论计算、现场观测和数值模拟等方法对该类巷道的应力分布和非对称变形规律进行研究,得出以下结论:倾斜煤层穿层巷道应力集中具有沿层分布的特点;非对称变形规律受煤层倾角的全局影响作用和围岩岩性差异的局部影响作用;巷道支护应该以"4个关键"为基础,采用非等强支护方案。通过现场实践过程中巷道围岩位移量的观测,证明了理论的适用性,为相似巷道支护提供依据。     

近距离煤层下煤层回采巷道支护设计

贵州某矿6#煤层和5#煤层为近距离煤层,下煤层回采巷道的支护问题一直是影响整个回采工作的重要因素,针对该矿下煤层回采巷道的支护问题,采用钻孔窥视仪对下煤层回采巷道的围岩结构进行了全断面探测,分析了巷道围岩破坏特征;在此基础上,结合FLAC3D数值模拟软件,研究了上煤层残留煤柱底板应力分布特征,分析了上煤层遗留煤柱集中应力对下煤层回采巷道围岩稳定性的影响,并根据下煤层回采巷道围岩受力和变形特征,提出了非对称支护设计方案,现场监测数据表明该非对称支护方案能够较好的控制巷道围岩变形。     

倾斜煤层巷道围岩应力分析与支护设计研究

首先分析了岩层自重应力倾斜方向的分量和水平应力对巷道围岩应力分布规律的影响,然后根据围岩应力分布提出相应的支护措施,最后通过现场应用测试对锚杆受力和巷道变形进行监测,以验证选取巷道断面形状和支护方式的合理性。结果表明:选取巷道断面为梯形能够降低岩层自重应力倾斜分量对巷道围岩的剪切破坏程度;锚杆工作状态较合理,充分发挥了锚杆的支护作用;设计支护参数能够有效控制该倾斜煤层的巷道围岩变形。     

倾斜煤层直角梯形巷道围岩应力非对称特征试验研究

以石炭井二矿工程条件为背景,采用相似模拟试验方法,对倾斜煤层直角梯形巷道围岩应力非对称特征进行研究,其目的是为该地区围岩稳定性控制提供科学依据。结果表明:巷道开挖后应力重分布呈现明显的非对称特性,应力向巷道低帮一侧集中,导致巷道低帮侧帮角及帮部产生明显的非对称变形破坏,低帮一侧为围岩稳定性控制的关键部位。     

倾斜大断面煤层巷道耦合控制对策研究

以倾斜大断面煤层巷道围岩破坏特征现场观测信息为基础,对其变形破坏关键部位进行研究,得出巷道变形破坏的关键部位为巷道断面与岩层倾斜方向的钝角部位和巷道的底角。在此基础上,提出了倾斜大断面煤层巷道围岩关键部位非对称耦合控制对策,并对巷道非对称耦合支护效果进行了数值模拟研究。结果表明:采用该控制对策可以有效实现支护体与围岩之间的协调变形,保证巷道围岩的稳定。     

深部煤巷偏应力场分布特征及围岩控制研究

针对受多重采动影响的深部巷道变形量大、支护困难等围岩控制问题，以赵庄煤矿33092巷为研究对象，通过现场调研、理论分析、数值模拟等方式分析了受重复采动影响的深部煤巷围岩变形破坏形态，获得了深部巷道围岩偏应力分布特征及塑性区演化规律。研究结果表明：33092巷围岩偏应力S1和塑性区都呈倾斜的“8”字型分布，属于明显的非对称式破坏，现场巷道破坏形式与理论分析、数值模拟结果基本一致|基于偏应力和塑性区的非对称分布形态，提出了33092巷的非对称支护改进方案并在现场进行工业试验，试验结果表明该方案能维持巷道围岩的稳定性，保证巷道服务期内的安全使用。     

香山矿倾斜煤层动压巷道支护方法

针对平煤集团香山矿22140工作面倾斜煤层动压巷道合理支护方案设计,首先进行了围岩松动圈测试,得知上帮围岩松动圈范围普遍比下帮大;之后进行了采动作用下围岩应力变化的数值模拟分析,计算结果显示动压作用下上帮中部的应力增大值最大。综合分析结果,得知对于倾斜煤层动压巷道变形控制的关键在于针对围岩应力分布的非对称性进行设计,并给出了22140工作面巷道的合理支护方案,现场监测结果表明支护方案能够维护巷道在采动过程中的安全使用。     

急倾斜煤层重复采动回采巷道变形破坏机理与支护技术研究

针对急倾斜煤层重复采动条件下回采巷道稳定性控制难题，以典型的急倾斜煤层回采巷道为背景，采用现场实测、数值模拟和物理相似模拟实验方法，对重复采动条件下急倾斜煤层回采巷道变形破坏特征进行了分析研究。结果表明：重复采动影响下急倾斜煤层巷道围岩变形破坏具有非对称特点，其变形破坏失稳是一个复杂的时间空间问题。据此提出了“主动支护、关键部位加强控制”的支护原则，采用“强力锚杆+长锚索+W钢带+钢筋网”非对称耦合支护方式，有效地控制了巷道变形破坏，该研究成果可为解决急倾斜煤层巷道支护难题提供借鉴。     

倾斜厚煤层沿空梯形巷道煤柱合理宽度研究

为了探究倾斜煤层沿空巷道合理煤柱宽度留设,采用理论分析、数值模拟和工业性试验相结合的方式开展研究。结果表明:通过建立沿空巷道基本顶力学模型,推导出倾斜煤层内应力场影响范围为12.2~12.8 m;数值模拟不同煤柱宽度下巷道围岩偏应力分布特征,最终确定合理窄煤柱宽度为10 m;继而提出顶板预应力锚杆+高强度单体锚索+桁架锚索支护耦合作用下的非对称围岩控制技术,现场矿压观测结果表明巷道围岩稳定性良好。     

倾角变化对回采工作面区段煤柱应力分布的影响

依据平煤集团十三矿二 1 煤层的具体条件,分别对煤层埋深300,500,800 m和倾角0,25°,30°情况下运输巷下帮侧向压力分布规律和不同宽度区段煤柱受力情况进行了数值分析,并对该矿12020采煤工作面下巷实体煤侧的应力、围岩变形及锚杆受力的情况进行了现场监测。结果表明：随煤层倾角增大下区段运输巷与上区段回风巷两侧应力呈非对称分布,采场顶板应力分布也是高度不均匀、不对称的,侧向水平应力峰值随煤层倾角增大而增大,且工作面后方增加幅度大于工作面前方;峰值位置随煤层倾角增大而逐渐靠近煤壁。煤层倾角加大时,应力明显偏向下区段运输巷,使得下区段运输巷顶部出现明显应力集中,并且随着煤层倾角的增大,应力集中程度更加显著。     

花草滩煤矿轨道暗斜井变形破坏机理研究

随着煤矿开采深度的增加，U型钢被动支护难以缓解轨道暗斜井的变形。为解决轨道暗斜井巷帮移进和底鼓问题，采用数值模拟方法，分析了不同终采线位置时巷道的变形破坏规律，对煤柱宽度影响暗斜井围岩变形现象进行研究，总结出其内部应力分布规律。基于巷道塑性区演化规律，分析了暗斜井巷围岩的应力分布状态，发现巷道呈非对称性变形；此外，研究了相同应力分布特征、不同终采线时巷道变形的变化规律。研究结果表明，随着终采线距离增加，围岩最大变形量减小。     

急倾斜特厚煤层巷道非对称变形机理

针对急倾斜特厚煤层回采巷道出现的非对称变形破坏,采用现场实测、力学建模计算及数值模拟揭示了急倾斜煤层巷道开挖后非对称变形破坏机理,分析了巷道开挖后应力场及塑性区分布特征,提出了可缩性U型钢与非对称性预应力锚杆(索)支护的全新支护加固方案。研究表明:① 巷道非对称破坏表现为坚硬岩层侧帮部沿层理下沉、滑移、内扩,煤体侧帮部挤出帮臌;坚硬岩层侧顶部下沉量大于煤体侧,巷道中轴线偏向煤体侧;② 巷道发生非对称的变形机理为:在非均布载荷的作用下,巷道两侧肩角支座反力的倾角及大小发生变化,坚硬岩层侧支座反力大于煤体侧,倾角为煤体侧大于坚硬岩层侧,坚硬岩层侧帮部在小角度大应力作用下沿层理滑移、下沉、内扩,煤体侧帮部在近乎垂直角度作用力下使帮部煤体挤出帮臌;③ 巷道从坚硬岩层侧向煤体侧弯矩一直增大,剪力呈现为先增大后减小再增大的趋势,且在二次增大时方向改变,方向改变处即为巷道轴线向煤体侧的偏移位置,轴力呈现为抛物线形式的先减小后增大,在非均布载荷作用下的巷道最优合理断面即为“非对称三铰斜拱”;④ 提出可缩性U型钢与非对称性预应力锚杆(索)支护,重点加强巷道煤体侧帮部及坚硬岩层侧顶部支护。     

倾斜煤层沿空掘巷柔性锚杆控制技术研究

倾斜煤层沿空巷道围岩应力状态复杂,围岩控制难度增加。通过理论分析、数值模拟与工程实践相结合的研究方法,对不同倾角下巷道的围岩应力状态、破坏特征及控制技术进行研究。结果表明:随着煤层倾角的增大,巷道两侧侧向支承应力集中峰值不断增大,应力集中区逐渐扩大,且偏载效应明显;提出采用柔性锚杆高预紧长锚固的支护方式,增大巷道的有效承载圈层,确定了不同煤层倾角的2种支护方案。现场矿压观测表明,巷道顶板最大下沉量为22mm,两帮最大收敛变形量为31 mm,沿空巷道围岩结构稳定,整体变形量小,能够为相似条件下的沿空掘巷提供参考。     

倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度留设研究

针对倾斜煤层半煤岩沿空掘巷围岩产生非对称大变形的难题,以贵州土城矿1509回风巷为例,进行了该类巷道合理煤柱宽度留设研究。基于极限平衡理论建立了倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度计算模型,结合该矿实际生产地质条件计算得出煤柱合理理论宽度为4.68～5.46m|通过数值模拟分析了5种不同宽度煤柱下1509回风巷围岩塑性区分布、应力及位移演化规律,模拟结果表明：当煤柱宽度为5m时,巷道稳定性较好且能保证矿井的回采率。现场试验结果显示,1509回风巷采用留设5m宽煤柱进行掘进护巷后,巷道轮廓相对完整,变形明显减小,围岩完整性较好,有利于提高倾斜煤层半煤岩沿空掘巷的稳定性。     

综放沿空巷道不对称支护技术研究

为研究不对称支护对综放沿空巷道围岩的影响,以高良煤矿3205综放面附近的一条沿空巷道工程为背景,在传统对称支护方案设计基础上,对煤柱侧锚杆和锚网进行加强设计,得到了不对称支护方案;采用FLAC^3D数值模拟分析对称和不对称支护条件下沿空巷道周边围岩的应力、变形。分析结果表明,非对称支护方案对围岩应力分布影响不大,但能够有效改善沿空巷道周边围岩的位移。     

窄煤柱巷道非均匀变形机理及支护技术

为了解决窄煤柱巷道非均匀大变形控制难题,以丰汇煤矿窄煤柱巷道为工程背景,综合采用现场调研、室内实验、数值模拟和理论分析等方法,研究了不同煤柱尺寸影响下,采动巷道围岩应力与塑性区分布特征;分析了窄煤柱巷道变形破坏规律与采场覆岩结构运动特征,揭示了窄煤柱巷道非均匀变形机理,指出采动应力场叠加,支承压力大;覆岩结构非对称,偏载作用显著;煤柱尺寸小、强度低,难以为顶板提供有效支撑;支护方案对称布置,针对性差,是窄煤柱巷道产生非均匀变形的主要原因。基于窄煤柱巷道围岩控制难点,提出以"改变巷道区域支护方式、增加支护密度、破碎围岩注浆改性"为核心的差异化支护技术,加强对围岩局部大变形的控制,充分发挥围岩的自身承载能力;现场监测表明,窄煤柱巷道在服务期间围岩非均匀大变形得到有效控制,稳定性好;可为同类型巷道围岩的控制提供参考。     

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。