构造应力对巷道布置影响的理论分析

选用全平面应变力学模型，通过计算圆形断在巷道周边应力和相对位移值，分析构造应力的影响与巷道方向的关系，为选择巷道合理开挖方向提供依据。     

构造应力场中的巷道布置

为了了解构造应力对不同布置方向巷道稳定性的影响量,本文首先在全平面应变模型的基础上进行坐标变换,推导出构造应力场中不同布置方向的巷道围岩应力公式与位移公式,并讨论了随巷道轴向与构造应力方向夹角的变化,巷道不同位置的应力、位移变化规律.其次采用FLAC'30软件模拟地下岩体中巷道不同布置方向的塑性区分布状态,应力、位移的变化规律.结合在兖州矿区进行的巷道位移观测得到的构造应力方向,分析其之间的变化关系.研究结果表明,当巷道轴向与最大主应力方向平行时,构造应力对巷道稳定性影响最小.     

水平应力——对采准巷道围岩稳定性的新认识

众所周知，水平应力的大小和方向对巷道顶板稳定性起着决定性的作用。文章分析了各种巷道布置情况下，水平应力与围岩破坏的关系，尤其对三维应力状态的深入分析，对锚杆支护设计和优化巷道布置均有参考价值。     

东乡铜矿-135m中段11线运输大巷道形变构造应力场分析

介绍东乡铜矿135m中段11线运输大巷道形变区的地质构造特征、主应力轴方位以及构造应力场分布规律，分析巷道形变与应力状态的关系。巷道施工破坏岩层中原始应力状态，而巷道形状、大小、方向以及支护型式是影响新应力状态的重要因素。平巷断面呈矩形、梯形、圆弧形时，围岩稳定性由差变好。圆弧形断面长轴方向抗压强度最大，马蹄拱型发碹垂向和侧向抗压强度最大，三心拱型发碹铅直方向抗压强度最大。拱顶剪切变形是δ1铅直方向分力和δ2铅直方向分力及中轴应力的“合力”作用所致。     

针对构造应力合理选择巷道支护形式

根据新疆伊犁昭苏盛泉煤矿巷道围岩变形受构造应力影响的现象,研究了构造应力与巷道支护的关系。研究表明,巷道方向与构造水平应力方向平行时跟两者方向垂直时的围岩变形情况大有不同。通过因地制宜改变支护形式,大大减少了巷道支护成本。     

邻近爆破下不同形状巷道围岩裂纹扩展规律

为了解巷道断面形状对爆炸载荷下邻近巷道围岩裂纹扩展规律的影响,采用模型试验和扩展有限元(XFEM)方法展开详细研究。试验研究表明:爆炸载荷下,当原有裂纹扩展通过邻近巷道围岩原有裂纹尖端影响区、应力波传播过程产生的环向拉伸区和自由面反射波影响区时,扩展方向有所不同;巷道断面形状主要影响原有裂纹后期扩展方向,巷道断面形状不同,自由面反射拉伸波的拉伸应力方向不同;由于拉伸应力方向一般垂直于自由面,直墙拱形巷道和圆形巷道围岩中原有裂纹扩展后期偏转向弧形自由面切向方向,近似"层裂"现象扩展;矩形巷道围岩原有裂纹扩展方向与直墙反射波拉伸应力作用方向平行,裂纹扩展不受影响,仍沿近似水平方向与自由面贯穿。     

地应力场方向对巷道围岩稳定性的影响

地应力测试结果表明在构造应力场水平应力是垂直应力的1.8～2.7倍,而且两个水平应力之比是1.5～2.5。构造应力场是影响对巷道稳定的主要因素之一。本文运用COMSOL 3D有限元软件在初始应力场轴向变化的情况下模拟了巷道围岩的应力状态,分析得出巷道轴向与最大水平应力方向之间的夹角越大,巷道越不稳定。此时巷道围岩的剪破坏区深入到巷道顶底板。因此在构造应力场掘进巷道时要尽量使最大水平应力方向与巷道轴向一致。     

支护设计及开采诱导应力对关键块体稳定性影响的概率统计关键块…

数值模拟已用来确定邻近及远离采场的巷道周围应力的大小和方向。模拟表明邻近采场的巷道处于应力松驰区内。布置在未受回采影响的原岩内的巷道的周边处于受压状态。关键块模拟用于确定关键性块体的代表性形状，离散元模拟用于确定块体的稳定性。模拟结果表明，原岩内巷道的顶板受采矿诱导的应力的作用而稳固。在应力松驰区，关键块会由于开挖而损坏。在邻近及远离采场的巷道中，其两帮关键块会因巷道掘进而损坏。在巷道两帮形成的…     

巷道围岩应力壳力学特征与工程实践

综合采用数值模拟、理论分析和现场观测,深入研究了巷道围岩力学特征及其对围岩稳定性的影响规律。研究发现,巷道开挖后围岩存在连续包络的高应力束组成的应力壳,巷道处于应力壳内的低应力区,巷道围岩矿压显现受控于应力壳的存在及其空间演化;巷道围岩应力壳的空间分布对巷道围岩稳定性有关键性影响,且存在"稳定"和"非稳定"两种形态,维护巷道围岩稳定性的实质是保证巷道围岩应力壳形态的稳定;通过科学的巷道布置和有效的支护手段"控制围岩最小变形",优化围岩应力壳形态是保证巷道围岩稳定性的关键所在。研究和工程实践均表明:巷道轴向与最大水平主应力方向平行时易维护,在于巷道围岩中易形成稳定态应力壳;两者垂直时巷道难于维护,在于巷道围岩中易形成非稳定态应力壳。揭示了最大水平主应力方向对巷道围岩稳定性影响的内在力学本质。     

含软弱夹层巷道受爆炸荷载作用效应分析

应用结构数值分析软件ANSYS模拟出爆炸应力波作用下含软弱夹层巷道结构一些测点的垂直方向应力和位移的时间历程，并和未含软弱夹层巷道结构的相应情况进行比较，分析含软弱夹层巷道结构受爆炸应力波作用效应的力学特性。得出了软弱夹层对爆炸应力波衰减作用明显和结构的某些部位需要加固等结论。     

高应力回采巷道变形特征及数值模拟

以陕西彬长文家坡矿4106运输巷为工程研究背景，结合室内岩石力学实验、FLAC^3D数值模拟、工程试验等多种研究方法，基于围岩工程力学理论，研究了支护参数优化后确定间排距下的巷道围岩应力、应变以及巷道位移量情况，并分析了支护及锚固效果。结果表明，应力增高区均发生在巷道肩窝和底脚，应力降低区则出现在巷道顶底板及两帮；竖直方向巷道最大位移量为6.46 mm,水平方向为3.62 mm,分别出现在巷道正中央和中下部；顶底板闭合量和两帮收敛量均较小，均在可控范围之内，优化后支护参数能有效控制巷道围岩变形。但是，通过工程效果检验得知，支护参数存在过度支护现象，应该对巷道予以合理性支护处理，充分发挥锚杆(索)主动支护作用。     

主应力对深部软岩巷道围岩稳定性影响规律研究

以某矿为工程背景，根据深部软岩巷道可能存在的地应力场类型和巷道轴向角度α(轴向与最大水平主应力的夹角)，设计出105组数值模拟方案，研究了深部软岩巷道围岩稳定性随轴向、径向侧压系数(λy，λx)及巷道轴向角度(α)变化的规律，研究了侧压系数因子Nλn和轴向角度因子Nα对巷道围岩稳定性的影响权重。研究结果表明：深部软岩巷道布置的合理轴向角度(α)并非只沿最大水平主应力方向布置时才最有利于巷道的稳定，而与巷道所处的具体地应力场有关；当巷道轴向与水平主应力方向不平行时，可将更靠近巷道轴向的水平主应力视为轴向应力，将另外一个水平主应力视为径向应力。     

构造应力场对深井巷道围岩稳定的影响

为了研究构造应力场对深井巷道围岩稳定的影响，运用3D-σ有限元计算软件对深井巷道在构造应力场中不同布置方向的稳定性进行了数值模拟分析，分析得出随着巷道轴向与构造应力场方向夹角的增大，巷道围岩受力状况逐渐趋于恶化。对此，提出在布置巷道时，尽可能使巷道轴线方向与最大水平主应力方向以小角度相交(最好趋于一致)，并采用宽度大于高度的矩形、拱形或椭圆形断面，使断面形状与构造应力状态相适应。     

深部高应力巷道开挖方向对稳定性影响分析研究

在阿舍勒铜矿深部不同中段选取3个测试点,采用套孔应力解除法进行了现场地应力测试分析,准确确认深部岩体处于较高地应力状态。采用数值模拟计算方法,计算得出最大主应力与巷道轴线夹角分别为0°、30°、60°、90°时的巷道围岩位移场、应力场和塑性区云图,分析了深部高应力巷道开挖方向对其稳定性的影响,得出了高应力巷道开挖时,巷道布置方向与最大主应力方向夹角在30°以内时,高地应力对巷道稳定性影响较小的结论。     

水平应力对巷道围岩变形破坏影响规律研究

通过数值模拟试验,研究了在无支护条件下、不同水平应力作用下的巷道围岩变形破坏规律和特征。结果表明:随着水平应力的升高,巷道两侧应力值也随之增大,应力峰值呈现远离煤壁的趋势,巷道主应力值和范围随之增加,塑性区范围在垂直方向呈递增趋势,在水平方向则变化不大,但是巷道围岩塑性区范围有明显增大的趋势。     

北皂煤矿海域扩采区地应力测量与分析

基于北皂煤矿海域扩采区为三软地层,为了合理布置巷道,解决巷道支护较困难问题,采用地应力解除法,使用空芯包体应力计对海域扩采区进行了地应力测量,通过对所测数据进行分析得到了北皂煤矿海域扩采区水平构造应力与垂向应力的比值平均为1.56,地应力场以水平构造应力为主,最大主应力方向为北偏东约45,°因此建议巷道轴线方向应尽可能沿北东方向布置。     

巷道围岩应力场分布分析方法探讨

地下巷道开挖方向往往与主应力方向并不一致，使得巷道问题简化为平面问题失去了应有的基础，但如果将围岩应力场作为三维问题，求解应力场比较困难。用全平面应变问题分析方法将三维围岩问题分解为3个子问题，使之得到合理的简化。同时给出了三维围岩应力解。并讨论了巷道开挖方向对围岩稳定性的影响情况。     

断层附近回采巷道顶板岩层运动特征研究

为解决断层影响区域回采巷道的支护问题，必须了解回采巷道顶板岩层运动变形特征．通过相似材料模拟试验，建立平面应力模型，分析研究断层下盘煤层开采后，在其上盘煤层中开掘巷道，巷道顶板的位移和巷道变形特征．结果表明：在断层影响区域，在水平方向上，回采巷道顶板岩层出现与断层倾向基本一致的垂直裂缝，顶板表现出不连续性．在垂直方向上，顶板离层出现不均匀沉降，顶板岩层特别是顶板下位岩层向断层方向倾斜．巷道围岩破坏不具有对称性，紧靠断层顶底板破坏严重．在回采巷道支护方式选择上，应用U型钢支护效果优于锚杆支护．     

基于应力椭圆的巷道变形破裂特征及优化布置

原岩应力是影响巷道围岩稳定的决定因素,通过选择合理的巷道布置方式,改善巷道横断面应力分布状态,是解决巷道围岩变形破裂问题的关键所在.采用理论分析方法得到了表征巷道断面应力分布的应力椭圆表达式,并利用FLAC3D数值模拟软件,分析了不同巷道布置情况下,围岩变形破裂特征与应力椭圆的关系.研究结果表明:巷道断面应力椭圆大小和分布随其走向不同存在显著差异,应力椭圆越大,巷道开挖后应力集中越明显;随着巷道断面主应力和的增大,巷道围岩变形和破坏范围也随之增大,且破坏主要发生在垂直最大主应力方向上,因此,最优的巷道布置方式应使应力椭圆最小.在平顶山十二矿井下进行原岩应力、巷道变形和松动圈实测,验证了理论分析和数值模拟结果.     

深部巷道支护控制技术研究

针对深部巷道围岩的变形破坏特点,分析了巷道围岩变形破坏机理和巷道稳定性特点,提出了巷道围岩的控制技术。利用ANSYS10.0软件对巷道开挖支护前后的围岩应力、位移及塑性区进行了数值模拟分析。模拟结果表明,锚杆锚索联合支护下,x方向两帮围岩应力集中得到有效控制,拉应力消失;y方向拱顶和底板的拉应力也明显减弱,拉裂破坏得到有效控制。锚杆锚索联合支护可有效控制巷道变形,支护效果良好。也为减少深部巷道支护成本、提高深部巷道支护效率提供了参考。