巷道支架围岩关系的颗粒流数值分析

为了分析巷道支架壁后充填的效果，建立了4种不同的数值计算模型进行比较．运用颗粒流PFC^2D数值模拟软件，结合临涣矿西二运输大巷工程地质实际条件，深入分析了不同支架一围岩作用关系对支架变形特征、支架受力分布、支架自身承载性能及巷道围岩应变率的影响．计算结果表明，采用壁后充填的模型与其它存在不同壁后空间的模型相比，支架受到的弯矩和剪力对称、均匀，轴力、弯矩、剪力值较小，巷道水平和垂直方向上的切向应变率也明显变小．通过支架壁后充填，改善了支架受力状况和受力分布，实现了支架-充填体-围岩三者共同承载；支架壁后充填首先减小了浅部围岩应变率，抑制了围岩在更大范围内的变形，从而控制了巷道的强烈变形．     

支架-围岩关系数值分析

为了分析巷道支架壁后注浆的效果,运用颗粒流PFC2D数值模拟软件,建立了四种不同的数值计算模型进行比较.结合米村28轨道大巷工程地质实际条件,分析了不同支架一围岩作用关系对支架变形特征、支架受力分布、支架自身承载性能及巷道围岩应变率的影响.计算结果表明,通过支架壁后注浆,改善了支架受力状况和受力分布,实现了支架-注浆体-围岩三者共同承载.支架壁后注浆首先减小了浅部围岩应变率,抑制了围岩在更大范围内的变形,从而控制了巷道的强烈变形.     

回采巷道金属支架变形失稳分析

根据新疆某矿Ⅰ_1采区回采巷道围岩地质条件,结合矿用工字钢金属支架支护受力特征,利用结构力学知识,构建了回采巷道金属支架力学分析模型。通过对支架受力分析与计算,得到金属支架弯矩、剪力、轴力的分布特征,提出了回采巷道金属支架支护的优化方案,优化后的支护方案顶板下沉量减少了16.63 mm,围岩两帮收敛变形量减少了19.10mm,使用该优化方案对巷道进行补强支护,提高了支架-围岩整体的承载性能,取得了良好的支护效果。     

软岩巷道支护阻力与围岩变形的关系

软岩巷道维护状况及围岩变形量与支护阻力的关系极大，实验与实践表明，支架的高阻和可缩是确保软岩巷道稳定性的关键；受力条件恶化严重抑制着软岩巷道支架支撑能力的发挥；实施支架壁后充填使支架及早承载和均匀受力，可大幅度提高支架的工作阻力，有效地控制巷道围岩的强烈变形。     

支架壁后充填作用分析

Ｕ型可缩性支架和围岩之间存在着空间，支架受力条件恶化，严重抑制着巷道支架支承能力的发近，实施壁后充填，巷道的维护得以改善，使围岩一充填体一支架形成共同承载的力学体系，可以提高支架的工作阻力和控制围岩的变形。运用围岩和支架相互作用原理，说明了充填体的刚度对支架性能的影响和充填材料的选择。     

U型钢支架壁后充填支护试验研究

U型钢支架卡缆质量低劣及支架与围岩之间存在空穴、支架受力条件恶化等情况严重制约着巷道支架支承能力的发挥。提高卡缆质量，及实施支架壁后充填，使围岩－－充填体－－支架结构三者形成共同的力学承载体系，可大幅度提高支架的工作阻力，有效地控制围岩的强烈变形。     

深部岩巷U型钢支架屈曲变形失稳分析

根据朱集西煤矿11煤底板巷围岩工程地质条件和巷道变形破坏特征,结合U型钢多段支护特点,构建了U型钢支护支架—围岩承载力学模型,分析了深部软弱岩层条件下U型钢受力特征。通过支架承载能力的计算与校核,获得该条件下U型钢支架弯矩、剪力、轴力的分布特征,确定了应力集中分布的位置,对U型钢支架屈曲变形进行分析。提出了U型钢支护薄弱环节的加强支护方案,即在棚腿中部、肩窝和拱顶梁中部3个关键部位进行锚杆索配纵向钢带梁的支护方法,提高了支架—围岩的整体承载性能,使返修巷道的支护取得了良好的效果。     

巷道通过黏土陷落柱支护技术

针对由黏土塌陷形成的陷落柱内巷道有效支护问题,以安家岭二矿9#煤主运大巷为工程背景,通过对巷道变形机理的分析,提出了以锚杆为临时支护,以"U型钢支架+钢筋网+壁后粉煤灰充填"为永久支护的巷道支护方案。利用能量平衡原理计算了粉煤灰充填层的厚度。采用数值模拟软件,分析了有无粉煤灰充填材料时支架的受力和位移特征。数值模拟和工程实践结果表明,粉煤灰充填材料能够吸收围岩弹性变形能,避免产生集中应力,同时防止围岩风化和降低膨胀应力,巷道围岩控制效果明显。     

U型钢可缩性支架壁后充填-锚注耦合支护技术研究

对U型钢可缩性支架的稳定性进行了分析,阐述了可缩性支架壁后充填-锚注的科学性,针对西一轨道大巷围岩的变形情况,采用了U型钢可缩性支架壁后充填-锚注耦合支护修复技术。试验结果表明:该技术不仅改善了巷道围岩物理力学特性,提高了围岩自承载能力,而且改善了支架受力条件,使支架通过充填层均匀受力,达到更好的支护效果。     

煤矿巷道再造高强度承载结构快速支护技术及工程应用

针对松软、破碎围岩巷道可锚性差、受强动压和强构造应力影响等问题,开展了大量现场调研并归纳分析了3种典型煤矿巷道围岩大变形和围岩控制难题;在分析现有支护技术和理论基础上,提出再造高强度承载结构快速支护技术思路和再造方法。以贵州龙宝煤矿11205运输下山为工程背景,分析其变形破坏原因,结合实际设计出对破碎围岩进行置换加卸压的联合支护方法,理论上建立巷旁充填墙承载力学模型,分析了巷旁充填墙的承载强度,确定了巷旁充填墙的强度与巷道围岩的可适性及有效性。结合FLAC3D数值模拟与Python脚本编程语言,实现飞蛾火焰优化算法,确定最优的破碎围岩巷道的置换参数（墙体厚度和卸压区宽度）。研发了高强度高韧性充填支护新材料。通过对软弱墙体进行置换再造,让巷道顶板、充填体和底板重新构成一个整体承载结构。井下工业性试验结果表明,对巷道软弱岩体进行置换再造后,巷道顶板、充填体和底板所构成的新结构可实现整体承载,充分发挥了围岩自身承载能力和抵抗变形能力,围岩变形趋于平稳,收敛速率基本都小于0.2 mm/d,无明显变形,且数值模拟计算结果与工程实践监测较为吻合,表明巷旁充填置换支护方案对松软破碎围岩巷道控制有较好...     

大阶段嗣后充填采场围岩破坏规律及其巷道控制技术

以和睦山铁矿为工程背景,通过数值软件模拟和现场地压显现调查,分析了大阶段嗣后充填采场围岩破坏规律及周边巷道破坏失稳原因;在各分段巷道关键部位,布置了12个变形监测点和4个应力监测点,采用数显收敛计和应力计对巷道表面变形和应力变化进行了监测,总结了巷道变形破坏特征;提出了增加初次支护强度,采用锚索喷锚网和U型钢可伸缩支架联合分级支护控制措施方案。实践证明：围岩稳定性是大阶段嗣后充填法运用的关键因素;优化后支护方案有效地提高了巷道稳定性,减少了二次支护率。     

综放沿空巷道顶部锚杆剪切变形分析

针对煤矿大量采用的小煤柱锚网支护，尤其是综放沿空巷道锚网支护，在巷道围岩大变形过程中，锚杆可能会承受较大的剪切变形情况，从理论上分析了综放沿空巷道顶部全长锚固锚杆承受剪切变形的机理，并用数值模拟的方法计算出了其锚杆上的剪切力分布、最大剪切力和最大剪切应力.计算分析表明：在围岩大变形情况下，综放沿空巷道顶部锚杆上的最大剪切应力有可能接近或超过其材料的许用剪切应力，此时锚杆的剪切作用效应将不可忽视.     

不同支护方式下巷道围岩变形破坏规律分析

为了维护巷道围岩的稳定性,确保矿井顺利安全开采,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,从理论上分析了体积应变为零、体积应变不为零、应变软化条件下圆形巷道围岩弹塑性力学特性,分析得出,巷道大变形力学模型应采用应变软化模型条件下圆型巷道弹塑性力学模型;数值模拟分析了不同支护方式下巷道两帮等效应力分布、锚杆轴力分布规律以及巷道围岩位移变化规律,研究表明,采用棚索耦合支护,能够有效控制围岩变形。     

建筑物下软岩巷道建设过程中的支护载荷问题研究

在软岩巷道建设过程中,软岩巷道失稳是影响建设安全的重要问题。通过分析巷道围岩与巷道支护之间的相互作用,经过力学计算,得出软岩巷道失稳的主要原因。经过理论分析与实例论证,软岩巷道的正确支护的设计前提是建立稳定的支护,在稳定的支护作用下使周围围岩的积蓄能可以最大限度地释放,另外,使以变形形式转换的工程力达到最大值,这样巷道围岩的自承力也能趋近于最大值,这时巷道的支护力可以趋近于最小值。     

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。     

深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究与实践

以义马常村煤矿深部冲击地压巷道为工程背景,介绍了深部冲击地压巷道围岩地质力学参数分布特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征及主要影响因素,揭示出锚杆支护对冲击地压巷道变形的本质作用是保持围岩完整性,在围岩中形成支护应力场,降低应力集中系数,改善巷道围岩应力分布,充分发挥围岩的抗冲击能力。提出冲击地压巷道支护形式选择原则,介绍了高冲击韧性锚杆支护材料力学性能及锚杆支护参数设计方法。针对常村煤矿21220下巷条件,提出以全长预应力锚固、高强度、高冲击韧性锚杆与锚索支护为主,以金属支架为辅的复合支护方式,并进行了井下工业性试验。矿压监测数据表明,该种支护方式与围岩的整体抗冲击能力强,能够有效控制深部冲击地压巷道变形与破坏。在冲击能量影响下,锚杆、锚索受力特征明显不同于普通巷道,呈波浪状或锯齿状变化趋势。     

倾斜煤层沿空掘进巷道不对称支护技术

鉴于现阶段绝大多数巷道采用对称支护方法这一现状,通过理论分析、数值模拟以及物理相似模拟技术揭示巷道围岩的受力状态及变形破坏特征。研究表明倾斜煤层沿空掘进巷道围岩呈明显不对称受力状态及变形破坏特征,巷道断面与岩层倾斜方向成钝角的部位首先产生变形破坏,随后产生连锁反应,巷道的其他部位破坏,最后造成整个巷道的破坏失效。因此常规的对称支护技术不能保证巷道围岩的稳定,针对这一研究结果提出采用非对称的支护技术,在对称支护的基础上对薄弱（关键）位置补充加强支护,防止薄弱（关键）部位的破坏而导致的整个巷道的连锁式破坏,使巷道整个断面的变形趋于协调。在巷道掘进过程中和工作面回采过程中通过现场矿压及围岩变形量的检测分析,锚杆的受力均匀,巷道变形能够满足安全生产要求,表明支护效果较好,对类似条件巷道的支护有借鉴意义。     

深井破碎围岩巷道变形机理及控制研究

为解决深井破碎围岩巷道的支护问题,针对薛湖煤矿西翼轨道大巷的地质状况,建立了巷道底鼓力学模型,研究巷道围岩的破坏特征及其影响因素,通过分析得出:巷道两帮围岩的破碎起到天然卸压作用,延缓了底鼓的产生,随着帮部岩体的压实,应力继续向底板传递,进而引发了巷道底鼓.据此提出针对深井破碎围岩巷道采用二次支护方法控制围岩变形的方案:即一次支护采用U型钢可缩性支架进行支护、二次支护采用锚注与锚梁网索联合支护,其最大的特点是将传统的滞后注浆改为适时注浆,为锚杆锚固作用的发挥提供支撑平台,提高了支护效率.通过数值模拟优化,确定了最终的支护参数,并进行了现场工业性试验,观测结果表明,巷道变形得到了有效控制,取得了较好的社会经济效益.     

巷道围岩变形破坏特征及支护方案研究

为了确保巷道围岩的稳定性,理论分析了巷道围岩变形破坏特征,得出了开挖后巷道围岩变形速率分布及巷道塑性区和原岩应力的关联;数值模拟分析了不同支护条件下巷道垂直应力分布情况及不同滞后支护方案下巷道顶板垂直应力分布,得到了最优支护方案。最后进行现场实测分析,验证了该支护方案的可行性。