深部高应力软岩巷道围岩流变数值模拟研究

针对深部高应力软岩巷道围岩变形量大、变形速率快、持续时间长、流变性强的特点,采用Burgers流变模型,基于FLAC3D进行了巷道围岩流变数值模拟研究,得到了巷道埋深-时间蠕变曲线、侧压力系数-时间蠕变曲线、弹性模量-时间蠕变曲线及黏滞系数-时间蠕变曲线,分析了它们对巷道围岩流变的影响规律.     

煤矿回采巷道底鼓变形分析及其破裂过程模拟

文章建立了巷道围岩变形的力学模型,基于软岩的膨胀理论与层状底板的应力状态,分析软岩回采巷道底鼓发生过程,计算膨胀引起的底鼓量.为进一步分析软岩巷道底鼓过程,考虑软岩的蠕变特性及非均质性.在岩石破裂过程分析系统(RFPA)的数值模型中,引入蠕变模型及非均质系数,对软岩巷道的变形和底鼓破裂过程进行数值模拟.从数值模拟结果中可以看出,在水平恒定荷载及岩体蠕变作用下,巷道围岩的应力集中造成巷道底板岩层的初始破坏,底板岩层出现初始离层;垂向荷载下降,导致巷道底板出现破裂并发生扩展,加快巷道底板岩层向巷道内移动速度,致使底板发生离层;随着时间的变化,底板岩层的强度值不断衰减,造成巷道底板岩层不断向巷道内鼓出,产生挤压流动性底鼓.     

软岩巷道二次合理支护时间的确定

针对软岩巷道围岩破坏性强、难支护的特性,提出了软岩巷道二次合理支护时间的确定方法,用于指导工程实践。从岩石应力-应变关系、蠕变过程、长期强度和能量耗散的角度进行软岩巷道的流变破坏机理分析。采用圆形断面巷道及西原模型,结合弹性力学基本解与西原模型本构关系,引入损伤变量,应用拉普拉斯变换及逆变换,并求导得到围岩变形速率方程。通过蠕变试验结合最小二乘法拟合或者位移反分析法求出蠕变参数,进而确定软岩巷道围岩二次合理支护时间,对于地下支护理论设计具有一定的指导意义。     

深部软岩巷道底臌蠕变控制数值模拟研究

深部软岩巷道底板具有强流变特征,引起深部软岩巷道底臌变形破坏的原因是多方面的.本文借助FLAC软件建立不同支护方案的计算模型,对深部软岩巷道底臌蠕变特征进行数值模拟研究,结果表明,全断面锚注支护在降低围岩快速蠕变的时间和速度,控制巷道变形、减小围岩塑性区范围等方面具有最佳的效果.     

富水软岩的蠕变特性实验及非线性剪切蠕变模型研究

富水软岩巷道变形速度快,变形量大,巷道支护困难,建立描述该类软岩特性的流变模型是解决该问题的关键。通过不同含水率软岩的直剪蠕变试验表明:在同一剪应力水平下,随着含水率的上升,软岩瞬时弹性模量、极限变形模量和黏滞系数将下降,蠕变速率先增大后减小,加速蠕变的破坏时间缩短;在同一含水率条件下,随着剪切应力的增加,软岩瞬时剪切位移量、蠕变变形量和衰减蠕变段的曲率半径都逐渐增大。依据含水软岩蠕变的非线性特征,建立了能够描述含水软岩蠕变特性的非线性剪切流变模型,基于BFGS算法和通用全局优化法对模型参数进行识别,识别结果与试验曲线吻合较好,表明所建模型的正确性和合理性,该成果可为深部复杂地质力学环境下的富水软岩巷道稳定性研究提供参考。     

深部软岩巷道围岩变形特征及数值模拟分析

针对深部煤矿开采条件下软岩巷道围岩出现持续流变时间长、变形大、地压高、巷道难以维护等特点，首先分析了深部软岩巷道变形特征，采用FLAC^3D数值模拟软件，分析了不同埋深条件下巷道围岩垂直应力分布、水平应力分布以及巷道围岩塑性区扩展规律。研究得出，深部软岩巷道的围岩岩块呈松散破碎形态，相互翻转和滑移，岩体的模量和强度低；随着巷道埋深的逐渐增加，巷道围岩应力集中系数逐渐减小，巷道垂直、水平应力峰值逐渐变大，塑性破坏范围扩展速率逐渐增加。研究为深部软岩巷道支护提供理论基础。     

深井软岩大巷深孔爆破卸压机理及工程应用

针对深井高应力软岩巷道变形量大、返修时间短的特点，提出巷道基角深孔爆破卸压方法和设计原理，并在淮南矿业集团谢桥矿进行了现场试验。对比试验表明，高应力软岩巷道基角卸压在巷道掘进初期对围岩变形速度、变形量及稳定时间得到了很好的控制，表明深部爆破卸压可以充分改变围岩应力状态。     

深井软岩巷道围岩变形特性的研究

阐述了软岩和深井软岩的共性和区别，结合实测资料，分析了深井软岩巷道围岩变形的“时间效应”，底鼓是巷道围岩垂直方向变形的主要形式，围岩组合拱主要承受原岩应力的作用，这些规律对治理深井软岩巷道围岩变形具有重要意义。     

高应力软岩巷道围岩控制技术研究

以郑州矿区某矿地质条件为基础,针对该矿的高应力软岩巷道变形破坏特征进行分析,总结了该类巷道变形破坏原因,提出了高应力软岩巷道围岩控制技术,并进行了现场工业性试验,试验结果表明,该项技术能够有效控制高应力软岩巷道围岩变形.     

软岩巷道变形机理分析及控制

软岩本身抗压强度低 ,自稳能力差 ,具有来压快、变形大 ,特别是初期来压剧烈 ,具有流变性等特点 ,造成巷道开掘和维护困难 ,尤其是矿井向深部转移后 ,在高应力作用下 ,软岩矿井巷道的开掘和维护费用成倍增加 ,严重影响经济效益和生产安全。1　软岩巷道变形机理分析1.1　软岩的基本概念和特性工程软岩是指在工程力作用下 ,能够产生显著的塑性变形和流变的岩体 ,其硬度系数一般较小 ,具有明显可塑性、膨胀性、崩解性、流变性和易扰动性等。1.2　软岩巷道变形的主要特点(1)软岩巷道变形呈现蠕变变形三阶段的规律 ,并具有明显的时间效应。初期来…     

金川矿区深部高应力碎胀蠕变岩体支护对策

金川矿区岩石力学与巷道支护的研究已有几十年的历史，但是随着矿山开采深度的增大和大面积开采的采动影响，深部巷道围岩表现出明显的碎胀蠕变特性，巷道支护问题己成为矿区可持续发展的关键，通过分析巷道围岩的应力规律、特性，以及对目前使用支护形式的分析，提出深部巷道围岩的支护对策。     

深部煤巷围岩变形与控制机理的数值模拟分析

 摘要：为解决深部煤巷支护难题,应用FLAC数值模拟程序研究了深部煤巷围岩变形全过程、地应力对巷道变形的影响和巷道变形控制机制。得出了围岩开挖变形应力场、位移场和塑性区变化规律,地应力对巷道变形的影响规律以及深部煤巷围岩变形控制的内在机制。结果表明：随着开采深度的加大,巷道变形对地应力的敏感度增强;底板是巷道整体稳定的关键,底板变形加剧两帮及其它部位的变形;巷道底板控制应当从围岩整体相互作用的角度实现变形控制。     

深井软岩巷道声发射地应力测试及变形失稳机理

为了获得深井软岩巷道的地应力大小和变形规律及其失稳机理,选取千米深井同一水平的2个硐室,进行声发射地应力测试,获得各自相应的地应力大小和方向,发现垂直应力分布差别不大,而水平应力分布差别较大。基于地应力理论计算公式,利用VB6.0编写相应的计算程序,获得相应区域的主应力场的大小和方向,结合现场提供的钻孔柱状图,利用ANSYS建立模型,导入FLAC3D进行数值分析,获得相应的主应力场作用下的硐室围岩变形失稳规律,即岩性较为软弱区域的剪应力集中程度明显、分布范围较广,且围岩破坏越严重。最后发现实测数据与数值模拟结果较为吻合,即破坏严重部位的围岩收敛速度也较大,从而在一定程度上揭示了深部软岩巷道的变形破坏规律,也说明了围岩岩性、剪应力集中程度和范围对整个巷道稳定性起着至关重要作用。     

厚煤层矩形巷道应力分布及支护对策研究

随着煤炭开采向深部发展,围岩地应力也越来越大,巷道断面积、形状的选择对于降低围岩集中应力和巷道变形尤其重要.首先采用复变函数方法构建矩形巷道的复应力函数,得出矩形巷道的围岩应力计算公式,从理论上分析了矩形巷道围岩应力的主要影响因素;然后以某一具体矿井的生产地质条件为背景,应用FLAC5.0数值模拟软件模拟分析不同巷道尺寸时的围岩应力分布情况,提出了巷道开挖后的支护对策.     

虹梯关隧道围岩岩爆分析

虹梯关隧道隧址围岩以硬质岩为主,该隧道属特长深埋隧道,其附近地质构造也十分发育,工程地质条件复杂,发生岩爆可能性很大。通过对岩爆影响因素的分析,采用水压致裂法地应力测试,经陶振宇判别法、切应力准则等应力判断方法,认为虹梯关隧道隧址部分地段可能会发生轻微～中等岩爆。     

白音呼布矿区三维地应力测量及巷道布置优化研究

白音呼布矿区进入深部开采后,巷道岩爆、变形等地压灾害变得愈发严重。为保障生产安全,现场采用空心包体应力解除法测量了对矿区7个测点三维地应力,基于测量结果及地应力场构建对矿区深部巷道布置优化进行了研究。首先根据等应力轴比理论优化了巷道布置方向,给出了100m中段巷道轴向与最大水平主应力方向最优夹角为26°;然后采用数值模拟方法研究不同夹角时巷道围岩的应力、位移变化特征,并指导了新中段的巷道布置。结果表明:实测最大水平主应力是自重应力的1.57～1.89倍,矿区深部以水平构造应力为主导;夹角为26°时,巷道围岩变形最小,数值模拟与理论计算结果相符;新中段巷道优化布置后,围岩变形、位移明显变小,地压灾害得到有效控制。     

薛湖煤矿三维初始地应力测量研究

岩体的初始地应力是地壳地层力学状态最基础的原始数据,是采矿工程围岩稳定性分析、开采与支护设计的一个基本参数。采用KX-81型空心包体应力计实测了薛湖矿区2个测点的三维地应力大小和方向。通过结果分析表明薛湖矿以水平压应力为主导,确定了取向为118.47°、最大压应力为37.36 MPa的区域现今构造应力场。测量结果对深部采矿设计和安全生产具有重要的指导意义。     

温度-应力-化学三场耦合作用下深部软岩巷道蠕变规律数值模拟

描述了所建立的连续介质温度场-应力场-化学场三场耦合控制方程。使用有限元程序对地下1 500 m的深部软岩巷道蠕变规律进行了温度场、应力场和化学场三场耦合过程的三维数值模拟,分析了温度场、应力场和化学场对深部软岩巷道蠕变规律的影响。结果表明,深部软岩巷道产生大应变,主要来源是蠕变,弹性应变和热应变次之;温度场、应力场和化学场对深部软岩巷道蠕变都产生不可忽视的影响,就影响程度来看,应力场影响最大,化学场和温度场次之。     

青海能源鱼卡一井流变应力恢复法地应力测试研究

青海能源鱼卡一井是目前世界上海拔最高的大型煤矿,受多期区域构造运动的影响,围岩软弱破碎,导致巷道支护问题愈发突出。为了对鱼卡一井巷道开挖支护进行科学合理设计,需要掌握巷道围岩赋存的地应力特征。基于深部破碎软弱围岩的流变应力恢复法地应力测试技术,在鱼卡一井+2750 m西翼机轨合一大巷开展了现场地应力测试。测试结果表明:传感器流变应力恢复曲线与岩石蠕变试验曲线规律一致,保证了测试结果的准确性;鱼卡一井水平应力大于自重应力,地应力测点处的应力以构造应力为主。